Pár antiprotonů ve srážce jader zlata. Kredit: Brookhaven National Laboratory.

Antihmota, to zní velmi atraktivně. Spojují se s ní nové objevy, technologie, přísliby do budoucna. Zatím toho ale stále o antihmotě mnoho nevíme. Na americkém Relativistickém srážeči těžkých iontů (RHIC) v newyorské Brookhavenské národní laboratoři pátrali v chaosu extrémních srážek částic po tom, jakou silou jsou k sobě ve dvojici poutány antiprotony. A nakonec se jim to povedlo změřit. Ukázalo se, že antiprotony svazuje síla, která je, stejně jako síla mezi protony v jádrech atomů běžné hmoty, velmi přitažlivá a silná.

Aihong Tang vpravo. Kredit: Brookhaven National Laboratory.

Početný tým experimentu STAR o tom sepsal článek do časopisu Nature. Jejich výsledky nepochybně přispějí k pochopení chování větších kousků antihmoty, jako třeba atomových jader antihmoty, která již dříve detekovali na srážeči RHIC, a také přispějí k řešení jedné z velkých hádanek soudobé fyziky – proč je náš vesmír prakticky celý z hmoty. Jak říká jeden z členů týmu STAR Aihong Tang, ve Velkém třesku pravděpodobně vzniklo stejné množství hmoty a antihmoty. Kam se ale všechna ta antihmota poděla? To je podle Tanga veliká záhada. Už o ní víme pěknou řádku let a moc daleko jsme se s jejím řešením zatím nedostali. Proto by mohlo být velmi užitečné cokoliv, co se dozvíme o povaze antihmoty.

Srážeč RHIC je perfektním zařízením pro výzkum antihmoty. Je totiž jedním z mála míst na Zemi, kde dovedou vyrobit použitelné množství antihmoty. Dosahují toho srážkami těžkých atomových jader prvků, jako je třeba zlato, rychlostí blízkou rychlosti světla. Při takových srážkách vznikají podmínky, které odpovídají prvním mikrosekundám čerstvě zrozeného vesmíru po Velkém třesku. V prostoru o velikosti atomového jádra vzniká plazma o teplotě 250 tisíckrát vyšší, než jaká panuje ve středu Slunce. A tam je doopravdy hodně velké horko. Když se takhle strašlivá energie uvolní v tak malém prostoru, tak přitom vzniká směska částic hmoty a antihmoty ve stejném množství.

Detektor STAR srážeče RHIC. Kredit: Brookhaven National Laboratory.

Tým experimentu STAR má v tomto směru bohaté zkušenosti. Už se jim povedlo vytvořit, detekovat a prostudovat vzácné formy antihmoty, jako například anti-alfa částice, zatím nejtěžší atomová jádra antihmoty, která jsme kdy vyrobili v laboratoři. Anti-alfa částice jsou přitom tvořeny dvěma antiprotony a dvěma antineutrony, takže síla působící mezi antiprotony je výsledkem složitých interakcí mezi všemi zúčastněnými antičásticemi.

Brookhavenská národní laboratoř. Kredit: Brookhaven National Laboratory.

Vědci chtěli prostudovat sílu, která působí čistě mezi dvěma antiprotony. Proto v datech ve srážkách atomových jader zlata pátrali antiprotonech, které by byly v párech. Jak očekávali, tak našli stejné množství protonů a antiprotonů. Antiprotony přitom vypadají skoro přesně jako protony, jenom nenesou kladný, ale záporný náboj, a proto má jejich dráha v magnetickém poli detektoru srážeče částic opačný směr. Badatelé ve skrumážích částic vyhledali dvojice antiprotonů a zkoumali sílu působící mezi nimi.

Nakonec vyšlo najevo, že mezi antiprotony působí silná přitažlivá síla, vlastně přesně taková, jako je silná jaderná síla mezi protony v atomových jádrech hmoty. Když se antiprotony dostanou dostatečně blízko k sobě, tak tato síla překoná odpudivou sílu jejich záporných nábojů. Všechno nasvědčuje tomu, alespoň v rámci přesnosti dosažené použitým měřením, že mezi silnou jadernou silou hmoty a antihmoty není žádný rozdíl. Zdá se, že jsou perfektně symetrické.

Podle českého zástupce v týmu STAR, Richarda Lednického z Ústavu fyziky ČSAV, se to vlastně dalo čekat, tenhle experiment měl ale i přesto smysl. Asymetrie mezi hmotou a antihmotou se hledá mnoha různými cestami a nový experiment týmu STAR byl úplně novým typem takového testu. Záhada s chybějící antihmotou ve vesmíru sice stále trvá, ale nevzdáváme se.

Video: RHIC

Literatura

Brookhaven National Laboratory 4. 11. 2015, Nature online 4. 11. 2015.