Z hodín na sekundy. Prelomová metóda ochladila antihmotu v extrémne krátkom čase

Odborníci z CERNu v rámci experimentu BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experimen) predstavili prelomovú technológiu, ktorá vo veľkej miere zlepší naše možnosti študovania antihmoty. Nová pasca navyše umožní vzorky antihmoty schladiť už v priebehu niekoľkých sekúnd. Na tému upozornil CERN na svojom webe.

Zlé dvojča hmoty

Ako píše portál NewAtlas, antihmota je akýmsi „zlým dvojčaťom“ hmoty, ktorá dominuje svetu okolo nás. Každá častica tak má svoje dvojča s rovnakou hmotnosťou, ktoré vykazuje opačne nabitý elektrický náboj. Ak sa teda dvojčatá hmoty a antihmoty stretnú, dôjde k anihilácii, pri ktorej pôvodné častice zanikajú vo forme iného druhu energie.

Keďže je hmota a antihmota vo svojej podstate to isté, len zrkadlovo obrátené, počas Veľkého tresku mali byť vytvorené v rovnakom množstve. Podľa súčasných poznatkov však vo vesmíre dominuje hmota a antihmotu je možné detegovať iba v stopových množstvách. Vedci však do dnešných dní nevedia objasniť, prečo je antihmota vo vesmíre tak extrémne vzácna.

Zatiaľ sa nám darí vytvárať antihmotu vo veľmi malých množstvách iba v špecializovaných zariadeniach. Konkrétne v CERNe sa antihmota skúma najmä vďaka projektu BASE zameraného na skúmanie vlastnosti antiprotónov. Problém však je, že antihmotu, respektíve antiprotóny je veľmi náročné skladovať.

Z tohto dôvodu sa vytvorené antiprotóny ukladajú do zariadenia s názvom Penningova pasca (vákuová nádoba, ktorá umožňuje skladovať antihmotu pomocou kombinácie elektrického a magnetického poľa). Vzorky v pasci sa kvôli znižovaniu rôznych šumov a iných vplyvov ochladzujú na veľmi nízke teploty.

NEPREHLIADNI
Máme najsilnejší dôkaz, ako sa zo zrážky svetla vytvorí hmota. Unikátny experiment overil teóriu, ktorú načrtol Einstein

Prevratný postup „zmrazenia“ antihmoty

Ako píše portál ScienceDaily, v predchádzajúcich výskumov bolo chladenie zabezpečené technikou známou ako „selektívne odporové chladenie“ (selective resistive cooling), čo je evidentne časovo veľmi náročná technika.

V novom experimente publikovanom v žurnále Nature sa však vedcom poprvýkrát podarilo demonštrovať tzv. „sympatické chladenie“ (sympathetic cooling).

F. Sämmer/JGU

Jednoducho povedané, jednou z popredných techník chladenia je laserové chladenie. To však využívame len pri klasickej hmote (i keď nedávno sa ukázalo, že týmto spôsobom vieme zmraziť i antihmotu). Antihmotu chladíme nepriamo laserovým chladením blízkych iónov, ktoré potom absorbujú teplo z častíc antihmoty. Okrem chladenia spočíva problém aj v umiestnení hmoty a antihmoty do tej istej pasce (anihilácia).

V novej štúdii sa tak vedci rozhodli vytvoriť novú konfiguráciu, ktorá by tieto problémy vyriešila. Tá pozostáva z dvoch pascí prepojených 9 cm dlhým supravodivým rezonančným elektrickým obvodom. V jednej pasci je uložené laserom chladený oblak iónov berýlia, zatiaľ čo v tej druhej sa nachádza jeden antiprotón.

Keď sa berýlium laserom ochladí, energia sa prenáša z antiprotónu cez obvod na ióny, čím dôjde k ochladeniu antiprotónu. Inak povedané, vedci laserom ochladili jeden druh častice a potom túto časticu použili na prenos tepla častice, ktorú chceli ochladiť.

„Optimalizáciou by sme mali byť schopní dosiahnuť teploty 20 až 50 mK (-273,13 až – 273,09 °C) už v priebehu rádovo 10 sekúnd,“ uvádza hovorca projektu BASE Christian Smorra. „Predchádzajúce metódy nám umožnili dosiahnuť 100 mK (-273,049 °C) za 10 hodín,“ dodáva.

Nový postup chladenia prostredníctvom dvoch pascí sľubuje obrovský nárast údajov, ktoré vedci budú mať k dispozícii na svoje štúdie. Ide teda o dôležitý míľnik vo vedeckej oblasti, ktorý nám môže vydláždiť cestu k oveľa presnejším meraniam antihmoty a objasniť prečo sa jej vo vesmíre nachádza tak žalostne málo.

Čítajte viac z kategórie: Novinky