Pokud by astrofyzici měli ohromné štěstí a v Mléčné dráze nebo blízké satelitní galaxii exploduje supernova – a pokud bude gamateleskop Fermi natočený správným směrem – mohli by detekovat projevy axionů, dnes asi nejvíce slibných kandidátů na temnou hmotu. Anebo by mohli naopak vyloučit existenci mnoha typů axionů a podstatně zúžit pátrání.

Interakce mezi zářením a hmotou bylo až doposud velmi obtížné modelovat. Dvojice fyziků University of Birmingham překonala nástrahy a sestavila model, který popisuje interakci záření a hmoty na kvantové úrovni. Pozoruhodným „vedlejším produktem“ modelu je možnost určit tvar jednotlivého fotonu, což si vědci nemohli nechat utéct.

Převoz antihmoty je možná ta největší noční můra logistiky, jakou si lze v dnešní době představit. Fyzici ale chtějí vozit antihmotu po celé Evropě. Vyvinuli si mobilní past na antihmotu BASE-STEP, se kterou v úvodním experimentu úspěšně převezli 70 volně poletujících protonů. Antihmota přijde na řadu příští rok.

Fyzici nadšeně zkoumají nedávno pozorované suprapevné látky (supersolids), které je možné vytvořit v ultrachladných dipolárních kvantových plynech. Teď v suprapevné látce pozorovali kvantové víry (quantum vortices), které vznikají jako součást reakce systému na rotaci. Něco takového bylo donedávna považováno za nesmírně obtížné.

Speciální teorie relativity přináší řadu zajímavých jevů, nad kterými zůstává rozum stát. Fyzik Alessio Zaccone nabízí relativistickou teorii viskozity a navrhuje, že ke klasické kontrakci délky a dilataci času můžeme přidat zhušťování kapalin. Má to zajímavé důsledky pro výzkum relativistického plazmatu v astrofyzice a fyzice vysokých energií.

Podle Věty o nekonečné opici by blíže neurčený počet primátů na psacích strojích za nekonečně dlouhou dobu náhodně naťukal „skoro jistě“ každý možný text nekonečně mnohokrát. V konečných dimenzích by to trvalo zoufale dlouhou dobu, pokud by to ovšem nebyl primát vyzbrojený selekčním algoritmem, který projede pravděpodobností jako nůž máslem.

Kvantové kočky jsou jako z cukru. Jen lehce zaprší a rozpustí se. Stav superpozice, v němž se kvantové kočky nacházejí, je obvykle velmi křehký. Čínští fyzici ale nedávno dokázali, že ho lze udržet po experimentálně velmi dlouhou dobu. Jejich kočky z atomů ytterbia-173 žily 1 400 sekund.

Supertěžké prvky, které dnes částicoví fyzici s vypětím všech sil tvoří na výkonných urychlovačích, mívají směšně krátký poločas rozpadu. Vědci nicméně věří, že o něco dál v neprobádaných vodách periodické tabulky čeká ostrov stability, tedy supertěžké prvky, jejichž atomy vydrží o něco déle.

Kvantové jevy obvykle považujeme za okamžité. Srazí se částice a hned jsou kvantově provázané. Fyzici si ale troufají jít do extrémní časové škály kvantových jevů a zkoumat je na úrovni attosekund, kde už tak úplně okamžité nejsou. Sofistikované simulace jsou k dispozici a teď se do toho mohou pustit experimentátoři. Na obzoru jsou zajímavé objevy.

Pokud je temná hmota ultralehká a tvoří ji nesmírně nepatrné částice o hmotnosti až o 28 řádů nižší než je hmotnost elektronu, mohla by ovlivňovat chování astrofyzikálních systémů EMRI, v nichž relativně lehký objekt (hvězda) obíhá ve spirále mnohem těžší objekt (supermasivní černou díru). Mohly by to prozradit gravitační vlny takových systémů.

Laseroví čarodějové švýcarského ETH Zürich postavili laserový systém, který generuje pulzy kratší než pikosenda. Jejich maximální výkon může dosáhnout 100 megawattů. Průměrně je to sice jen 550 wattů, ale i to je velmi slušné. Extrémní laser se uplatní v extrémním výzkumu. Fyzici se již nemohou dočkat.

Pokud tvoří chladnou temnou hmotu velmi lehké elementární částice axiony, mohly by se v ohromném množství a extrémní hustotě hromadit v bezprostřední blízkosti neutronových hvězd. Axionová mračna by mohla v nesmírně silných magnetických polích generovat elektromagnetický signál, který bychom mohli detekovat. Zatím nic, ale teď víme přesně, co hledat.

Částicoví fyzici si vysnili elektron-iontové srážeče a už na nich intenzivně pracují. V Brookhavenu staví eRHIC, čili rozšíření starého dobrého RHIC o urychlovač elektronů. Klíčovou komponentou eRHIC bude elektronové dělo, které na pár centimetrech urychlí elektrony z nuly na 800 milionů kilometrů za hodinu.

S WIMPy jakožto kandidáty na chladnou temnou vodu to vůbec nevypadá dobře. V poslední době schytávají jednu ránu za druhou. Chytí se příslovečného stébla, které jim teď nabízejí zvláštní výsledky experimentu AMS-02 na ISS, co odhalily nečekané množství antijader antihelia?

Vědci vyslali speciálně upravený letoun Lockheed U-2 ve verzi ER-2 pro mise NASA na výzkum gama záření, o němž víme, že nějakým způsobem vzniká v bouřkových mracích. Letadlo odvážně létalo nad tropickými bouřemi v Mexickém zálivu a získalo spoustu nových poznatků o tomto fascinujícím fenoménu.

Odborníci společnosti Quantinuum nedávno jako první dokázali teleportovat logický qubit s využitím postupů zajišťujících odolnosti vůči kvantovým chybám. Logický qubit je sám o sobě konstruktem, který je odolnější vůči chybám než fyzický qubit. Jeho slabinou ale až doposud byla právě teleportace s využitím kvantového provázání. Je to další milník na cestě k prakticky využitelnému kvantovému počítači.

Sovětský fyzik ze stalinského uzavřeného města Jakov Zeldovič před půlstoletím vymyslel způsob, jak těžit energii z rotujícího systému, s využitím rotačního Dopplerova jevu. Britští fyzici to nejprve zkusili se zvukovými vlnami a teď potvrdili, že „Zeldovičův jev“funguje s elektromagnetickými vlnami. Časem chtějí mechanickou rotací těžit fotony z kvantového vakua.

Když se něco přimotá přímo do cesty obrovitému výtrysku supermasivní černé díry, dostane to nejspíš pořádně zabrat. Jak se ale ukazuje na příkladu eliptické supergalaxie M87, takový výtrysk, jehož délka je v tomto případě asi 3 tisíce světelných let, nějakým zatím neznámým způsobem odpaluje novy, které se nacházejí poblíž. Je to pozoruhodná záhada!

Antisvět by měl být téměř stejný, jako svět. Jeho zkoumání je silně omezeno našimi možnostmi produkce a udržení antihmoty. Podívejme se na pokrok, který se nám daří při produkci „normálních“ antijader i „exotičtějších“ antihyperjader.

7. dubna 2022 se v řadě významných světových medií objevila zpráva o nečekaném výsledku experimentu CDF na urychlovači TEVATRON ve Fermiho národní laboratoři u Chicaga. Například BBC ji uvedla s bombastickým titulkem.

Firma ČEZ chce do konce roku 2024 rozhodnout o výběru malého modulárního reaktoru, který využije k náhradě uhelných kogeneračních elektráren a tepláren. Na jeho vývoji i následné výrobě komponent by se měl významně podílet i český jaderný průmysl. Vybírá se ze tří modelů. Podívejme se na to, proč se rozhoduje právě mezi těmi třemi a proč už nyní.

Tým MIT pořídil jako první snímky exotického chování částic v „okrajovém stavu,“ které pozorovali ve kvantovém plynu z ultrachladných atomů. Mohl by to být počátek vývoje nových technologií, v nichž bude díky využití „okrajových stavů“ elektronů docházet k super účinnému přenosu energie a dat.

Atomové hodiny jsou ultrapřesné. Ale teď se zjevil vážný konkurent, který má na to, aby sesadil atomové hodiny z trůnu. Vědci navázali na průlom z letošního dubna, kdy se povedlo excitovat jádro thoria-229. Od té chvíle bylo jen otázkou času, kdy se objeví první jaderné hodiny. Trvalo to jen 4 měsíce.

V posledních letech se podařilo dramaticky posunout studium neutrálních částic kosmického záření. Jde o fotony záření gama a neutrina. Neutrální částice nejsou ovlivněny galaktickým nebo extragalaktickým magnetickým polem a svým směrem příletu nesou informaci o poloze svých zdrojů. Jejich pozorování tak může být klíčové pro identifikaci zdrojů kosmického záření s extrémními energiemi.

Protony i těžší jádra kosmického záření mohou dosáhnout extrémní energie, která už je makroskopická v řádu jednotek joulů. V tomto případě by jejich zdroji měly být extragalaktické objekty. Jejich urychlení by mělo probíhat například v aktivních jádrech galaxií, které mají v nitru obrovskou galaktickou černou díru. Při dopadu hmoty na její horizont vznikají výtrysky extrémně urychlené hmoty a produkuje se kosmické záření s extrémní energií. Naše znalosti o kosmickém záření s těmi nejvyššími energiemi dramaticky posunula dopředu Observatoř Pierra Augera v Argentině.

Fyzik a vizionář Avi Loeb spočítal, že pokud by si technologicky zdatná civilizace na potulné planetě pořídila černou díru o hmotnosti 100 tisíc tun a krmila by ji 2,2 kg odpadu za sekundu, získala by velmi výkonný zdroj energie. Pokud najdeme potulnou planetu s měsícem, který bude zdrojem gama záření, měli bychom mít jasno.

Prohledání 6 miliard srážek atomových jader na srážeči RHIC v newyorském Brookhavenu, přineslo 16 solidních případů, kdy se objevil antihypervodík-4, doposud nejtěžší pozorované jádro antihmoty. Exotické monstrum tvoří 1 antiproton, 2 antineutrony a 1 antihyperon. Následná porovnání ukázala, že se antihypervodík-4 rozpadá stejně jako hypervodík-4.

V rozsáhlém článku Kde bude budoucí největší urychlovač Vladimír Wagner velmi podrobně popsal průběh nedávné Mezinárodní konference o vysokých energiích ICHEP 2024, jak se nazývá pravidelná dvouroční konference o fyzice elementárních částic. Obdivuji jeho schopnost velmi rychle a podrobně popsat nejdůležitější výsledky prezentované na této konferenci. K jedné části, týkající se hledání signálů nových částic a jevů však mám poznámku.

Fyzici Purdue univerzity udělali nejmenší diskokouli na světě z levitujícího nanodiamantu o velikosti 750 nanometrů, který zběsile rotuje v iontové pasti ve vakuu. Kromě toho jde o pozoruhodný nástroj ke studiu doposud velmi nezřetelného vztahu mezi říší kvant a gravitací.

Za jednu z nejperspektivnějších známek nové fyziky za Standardním modelem hmoty a interakcí se dlouho považoval rozdíl mezi experimentální a teoretickou hodnotou magnetického dipólového momentu. Po nedávném opětném nezávislém potvrzení brookhavenského experimentu novým měřením v laboratoři Fermilab vypadalo vše ještě nadějněji. Nyní však byly prezentovány nové teoretické výpočty, ve kterých se zpřesnil a opravil popis příspěvku velmi slabých virtuálních procesů spojených se silnou interakcí. Teoretická hodnota získaná na bázi Standardního modelu je nyní ve shodě s tou experimentální.

Spektrometr AMS-02 umístěný na vesmírné stanici ISS prezentoval na konferenci ICHEP 2024 souhrn svých pozorování galaktického kosmického záření za více než deset let. Mezi jinými pozoruje ve spektru pozitronů nový neznámý zdroj, kterým by mohly být i rozpady či interakce částic temné hmoty.

Podle fyzikální šuškandy došlo na palubě ISS k nečekaně časté detekci jader antihelia-4 a antihelia-3, navíc ve zcela neočekávaném poměru. Pokud nejde o nějaký omyl, mohla by to být stopa velmi exotických mechanismů. Mluví se o fireballové antinukleosyntéze nebo o srážkách temných trpaslíků, tvořených temnými fotony, temnými elektrony a temnými neutrony.

V minulém a předminulém týdnu proběhla v Praze konference ICHEP 2024, která je zaměřena na současnost a budoucnost částicové fyziky. Jedním ze zásadních témat byla budoucnost velkých urychlovačů a následníka v současnosti největšího urychlovače LHC v laboratoři CERN. Budoucí cesta k těmto ještě výkonnějším klíčovým nástrojům pro poznání struktury hmoty a fundamentálních fyzikálních zákonů se řeší právě nyní. Rozhoduje se o tom, zda se postaví v Evropě nebo v Číně.

Tachyony svou nadsvětelnou rychlostí dráždí každého, kdo jen lehce zavadil o fyziku. Výzkumný tým vedený známým rebelem Andrzejem Draganem tvrdí, že se jim povedlo vyřešit zásadní problémy, jimiž tachyony dělaly ve fyzice zmatek. Že by nakonec došlo k uzavření příměří v nějaké univerzitní hospodě?

Jak připomenul film Oppenheimer, už v té době vědci pracující na vývoji jaderných bomb společně s politiky řešili klíčovou otázku, jak zajistit přežití naší civilizace ve stínu těchto ničivých zbraní. Rovněž otec štěpné jaderné bomby Robert Oppenheimer hledal řešení tohoto problému. Zároveň Andrej Sacharov, který je otcem sovětské termojaderné bomby, zastával názor, že mírové využití jaderné energie je klíčovou otázkou pro zachování demokracie. Obě tato témata se stala znovu extrémně aktuálními vlivem dramatických událostí posledních let.

Projekt ITER je největším pozemským vědeckým projektem v dějinách lidstva. Jde o globální projekt, ve kterém spolupracuje 31 zemí reprezentujících více než polovinu obyvatel Země. Cílem projektu je postavit termojaderný reaktor o výkonu 500 MW a prokázat tak technickou realizovatelnost fúzního zdroje energie. Reaktor se úspěšně buduje v jižní Francii a je již v pokročilé fázi realizace.

Mnozí vědci nejspíš uroní slzu. Nový výzkum pohřbívá exotický koncept „kugelblitzu,“ čili fantaskní černé díry, která měla vznikat nikoliv zhroucením hmoty, ale elektromagnetického záření. Teoretičtí fyzici zjistili, že kvůli kvantovým jevům a virtuálním částicím dojde k vypařování houstnoucího záření mnohem dřív, než by se mohlo zhroutit do nicoty. Hlavu vzhůru, jede se dál.

Částicoví fyzici nadšeně využívají masivní produkce párů částicových titánů top kvark – top antikvark na LHC v CERNu a zkoumají na nich kvantové kejkle za velmi vysokých energií. Nejnovější měření potvrzují kvantový entanglement v těchto exotických párech, přičemž dotyčné top kvarky a top antikvarky byly navzájem tak vzdálené, že se mezi nimi nemohla přenést informace ani rychlostí světla.

Laserový paprsek je skvělý nosič informace nebo jen energie. Ale velmi trpí povětrnostními vlivy. Stačí mlha, prach, extrémní teploty, nemluvě o srážkách nebo prachu a laserový paprsek je bezmocný. DARPA financuje vývoj kvantového laseru, založeného na párech entanglovaných fotonů různých barev, který generuje intenzivní a koncentrovaný paprsek. Možnosti využití jsou rozmanité.

Co kdyby žádná temná hmota nebyla nutná? Ani teorie MOND či něco podobného? Americký fyzik Richard Lieu přinesl důkaz, že může existovat gravitace při nulové hmotnosti a dospěl k závěru, že pokud se galaxie a kupy galaxií nalézají v koncentrických sférických topologických defektech, mohlo by to vytvářet situaci, kterou připisujeme temné hmotě.

Hadrony, jako třeba protony či neutrony, jsou tvořeny kvarky, které drží pohromadě gluony, elementární částice, co zprostředkovávají silnou interakci. Když se k sobě slepí několik gluonů, měla by vzniknout svérázná částice glueball. Fyzici je doposud lovili bez úspěchu. Dokázali to na experimentu BES III?

V nitru neutronových hvězd se vyskytuje extrémně hustá jaderná hmota. Její přesné složení zatím neznáme, ale můžeme si rozebrat to, co o ní víme. Stavová rovnice této jaderné hmoty určuje hraniční hmotnost neutronové hvězdy, při jejímž překročení zkolabuje v černou díru. Tato tzv. TOV limita je spojena s osobou Roberta Oppenheimera. Podívejme se tak do nitra neutronových hvězd podrobněji.

Atomy nebo molekuly je možné poměrně snadno excitovat laserem. S atomovými jádry je to mnohem obtížnější. Je k tomu nutná obrovská energie a konvenční postupy s lasery nestačí. Fyzici sice dlouho věděli o výjimečném jádru thoria-229, s nímž to mělo být mnohem snazší než s jinými jádry, ale i to se ukázalo jako extrémně tvrdý oříšek. Nicméně, je hotovo.

Pátrání po WIMPech, masivních kandidátech na částice temné hmoty, v podstatě selhalo. Projekt BREAD loví ultralehké kandidáty, temné fotony a axiony. Pomocí speciální antény (coaxial horn antenna) hodlají detekovat signály, které by takové částice měly vytvářet. Pokud existují.

V uplynulých dvou letech zažil výzkum jaderné fúze dva významné úspěchy: překročení vědeckého vyrovnání v americkém laserovém zařízení NIF a uvolnění rekordního množství fúzní energie v tokamaku JET. Nedávno byly publikovány zajímavé detailní údaje z hlavních experimentů v roce 2022 (NIF) a v roce 2023 (JET).

Mezinárodní tým fyziků vytvořil exotický materiál, jehož supravodivost lze ovládat vnějším magnetickým polem. Je to 2D topologický izolátor ze rtuti manganu a telluru, který spojuje výhody supravodiče s ovladatelností topologického izolátoru. Už teď se rýsují zajímavé aplikace v supravodivých technologiích.

Dvojice amerických fyziků vybudovala velmi exotický model vesmíru, který je založený na tachyonech, neblaze proslulých hypotetických částicích, které si nedělají hlavu z rychlosti světla ani z kauzality. K překvapení všech zúčastněných vyšlo najevo, že tachyonový model vysvětluje data pozorování supernov typu Ia stejně dobře jako standardní kosmologie.

Tokamak KSTAR v jihokorejském Tedžonu nedávno překonal svůj „osobní“ rekord. Vytvořil plazma o teplotě nitra Slunce a udržel ho po dobu 48 sekund. Je to významný úspěch, byť ve stínu čínského tokamaku EAST. Konečným cílem tokamaku KSTAR je udržet takové plazma 5 minut.

Přízračná tvář Měsíce láká nejen básníky a vlkodlaky, ale také gravitační astronomy. Na lunárním povrchu je spousta místa, a také tam je, alespoň prozatím, doslova mrtvolný klid. Celý Měsíc by mohl sehrát roli gravitační antény, přičemž by procházející gravitační vlny detekovaly vysoce citlivé seismometry na lunárním povrchu nebo třeba soustavy zrcadel s lasery. Další možností je vybudovat na Měsíci gravitační observatoř typu LIGO či Virgo.

Elektrický proud je osudově spjatý s tvorbou tepla. Tvůrci elektroniky věnují hodně úsilí tomu, aby teplo udrželi na uzdě. Diamantové membrány o tloušťce 1 mikrometr jsou ohebné a lze je připojit k elektronickým komponentám. Výborně vedou teplo, elektřinu naopak vůbec a lze je snadno vyrábět ve velkém.