Galileovský experiment s antihmotou. Kredit: Keyi "Onyx" Li/U.S. National Science Foundation.

Hmota má svůj kvantový stín, antihmotu. Protějškem elektronu je pozitron, protonu zase antiproton. Když tyhle dva typy částic smícháte dohromady, dostanete antivodík, a tak dále. Vesmír by měl umět vyrobit hmotu i antihmotu. Když se tyhle dvě substance setkají, dojde k anihilaci, při které se energie částic přemění na fotony gama záření nebo i jiné částice ze skupiny bosonů.

Experiment ALPHA. Kredit: CERN.

Jenomže, jak je vidět, náš vesmír není až tak plný běsnícího gama záření, ale naopak planet, hvězd a galaxií, které jsou podle všeho z hmoty. Jak je možné, že se prakticky všechna hmota vesmíru už dávno neanihilovala s antihmotou, když měly vzniknout ve výhni Velkého třesku ve stejném množství? Tahle záhada trápí fyziky dodnes a patří k těm nejpalčivějším.

Mimo jiné je problém v tom, že toho o antihmotě víme jen málo. A není divu. Musíme si ji vyrábět v urychlovačích. Za celou moderní historii vědy jsme vyrobili tak možná pár nanogramů částic antihmoty. Nemluvě o tom, jak hrozně se s nimi pracuje. Sebemenší chyba a antihmota se nadšeně anihiluje s nejbližší hmotnou.

Jedním z velkých otazníků kolem antihmoty je, jak se vlastně chová v gravitačním poli. Pokud by se antihmota při působení gravitace chovala nějak divně, mohlo by to vysvětlit, proč ve vesmíru naprosto převažuje hmota. Byla by to ohromná věc, protože kvantová mechanika i obecná relativita počítají s tím, že hmota s antihmotou chovají v gravitaci stejně.

Past na antihmotu. Kredit: P. Traczyk & M. Brice, CERN.

Doposud to ale nebylo jasné, protože experimentovat s antihmotou není vůbec snadné. Problémy přitom nejsou jen s háklivou antihmotou, ale také s gravitací. Je nesmírně slabá. Přitažlivá síla působící na jeden proton na povrchu Země odpovídá energii elektrického pole 1 miliontiny voltu na jednom čtverečním metru.

Loni (2022) se vědcům povedlo přinést nepřímé důkazy pro to, že hmota i antihmota se chovají v gravitačním poli stejně. Na tento výzkum navázal mezinárodní tým experimentu ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) v evropském CERNu. Využili vertikální vakuovou komoru s nastavitelnými magnetickými poli a nasypali do ní částice antivodíku. Jak prohodil fyzik plazmatu Jonathan Wurtele z University of California, Berkeley a člen týmu ALPHA, bylo to jako když Galileo experimentoval na Šikmé věži v Pise, jen s o něco exotičtějšími koulemi.

Jak to dopadlo? Vše nasvědčuje tomu, že gravitace působí na částice hmoty a antihmoty úplně stejně. Tím ovšem padá možné vysvětlení nedostatku antihmoty ve vesmíru. Pokud by například gravitace částice antihmoty odpuzovala, leccos by se tím vysvětlilo. Ještě prý zbývá mizivá možnost, že gravitace působí na hmotu (nebo antihmotu) o nepatrný kousek víc než na příslušný protějšek. Budoucí výzkum jistě ukáže víc.

Video: ALPHAg animation

Literatura

Science Alert 28. 9. 2023.

Nature 621: 716–722.

Doporučené video: Čas v nás i kolem nás