Štandardný model fyziky častíc predstavuje relativistickú kvantovú teóriu vyhovujúcu zároveň princípom špeciálnej teórie relativity, aj kvantovej mechaniky. Hoci ide o neuveriteľne úspešný model, je očividne neúplný.

Medzi nevyriešené záhady patrí veľký nepomer hmoty a antihmoty vo vesmíre, čo je zdrojom inšpirácií mnohých experimentov. Na tému upozornil portál Sci-News.

Skúmanie antihmoty

Ako píše CERN na svojom webe, podľa štandardného modelu, ktorý predstavuje najlepšiu teóriu fyzikov o časticiach a ich interakciách, sa častice hmoty a antihmoty môžu líšiť napríklad v spôsobe, akým sa premieňajú na iné častice. Väčšina ich vlastností, vrátane hmotnosti, by však mala byť úplne identická.

CERN

Nájdenie akéhokoľvek rozdielu, hoci len nepatrného, medzi hmotnosťou protónov a antiprotónov, prípadne medzi  pomermi ich elektrického náboja, by úplne narušilo základnú symetriu štandardného modelu nazývanú CPT symetria. V jednoduchosti môžeme povedať, že CPT symetria ukladá silné ohraničenia pre relatívne vlastnosti častíc a antičastíc, napr. súčet náboja protónu a antiprotónu musí byť nula.

Aj ten najmenší rozdiel vo výsledku by poukázal na nové fyzikálne javy, ale zároveň by mohol objasniť, prečo je vesmír takmer výhradne tvorený hmotnou, hoci pri Veľkom tresku malo vzniknúť rovnaké množstvo hmoty a antihmoty.

Z tohto dôvodu vedci z CERNu, v rámci experimentu BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), neustále skúmajú základné vlastností antiprotónu. Zameriavajú sa pritom najmä na meranie „pomeru náboja k hmotnosti a magnetického momentu.“

Skladovanie a meranie antihmoty

Ako píše portál PhysicsWorld, v najnovšom výskume publikovanom v žurnále Nature sa výskumníci z projektu BASE zamerali na skúmanie pomeru náboja k hmotnosti antiprotónu, ktorý možno s vysokou presnosťou merať v Penningovej pasci – vákuovej nádobe, ktorá umožňuje skladovať antihmotu pomocou kombinácie elektrického a magnetického poľa.

F. Sämmer/JGU

V rámci experimentu boli do pasce striedavo posielané antiprotóny a záporne nabité ióny vodíka, ktoré obsahujú protón a dva elektróny. Záporne nabitý ión vodíka bol použitý namiesto kladne nabitého protónu, aby merania bolo možné vykonať za rovnakých experimentálnych podmienok a teda s veľmi vysokou presnosťou.

Keď sú častice uzavreté vo vnútri Penningovej pasce, putujú po kruhovej trajektórii, pričom meraním ich frekvencie môžeme vypočítať ich pomer náboja k hmotnosti. Tento pomer by mal byť pre častice hmoty i antihmoty rovnaký, pretože akýkoľvek rozdiel by sa ihneď pripísal zmenám v ich interakcii s gravitáciou, píše NewAtlas.

Celkovo medzi decembrom 2017 a májom 2019 prebehlo viac ako 24 000 porovnaní frekvencií, pričom každé trvalo presne 260 sekúnd. Fyzici zistili, že pomer náboja k hmotnosti antihmoty a hmoty bol identický v rozmedzí „16 častíc na bilión“. Ide teda až o 4-krát presnejšie meranie, ako v predchádzajúcich experimentoch.

V ľudskej reči povedané, výsledok doposiaľ najpresnejšieho porovnania medzi protónmi a antiprotónmi ukázal, že pomery náboja k hmotnosti sa navzájom zrkadlia a teda reagujú na gravitáciu rovnakým spôsobom. Ako ďalej uviedol hovorca BASE Stefan Ulmer, výsledok predstavuje najpresnejší priamy test základnej symetrie medzi hmotou a antihmotou.