Experiment po prvýkrát zmeral spektrum svetla antihmoty

0

V článku v časopise Nature bola uverejnená správa o prvom meraní optického spektra atómu antihmoty v histórii. Tento úspech je výsledkom dvadsaťročného výskumu antihmoty v CERNe a je ukážkou technologického pokroku, ktorý otvoril úplne novú éru v presnom meraní antihmoty.

Atómy sú tvorené elektrónmi, ktoré obiehajú okolo jadra. Elektróny pri prechode z jednej orbity na druhú absorbujú alebo emitujú svetlo pri špecifických vlnových dĺžkach, ktoré tvoria spektrum atómu. Každý prvok má jedinečné spektrum. Spektroskopia sa vďaka tomu bežne využíva v mnohých oblastiach fyziky, astronómie a chémie. Pomáha charakterizovať atómy a molekuly a ich vnútorné stavy. Napríklad v astrofyzike analýza spektier vzdialených hviezd pomáha vedcom určiť ich zloženie.

Vodík, ktorý má jeden protón a jeden elektrón, je najčastejší, najjednoduchší a najlepšie pochopený atóm vo vesmíre. Jeho spektrum je zmerané s vysokou presnosťou. Na druhej strane o antivodíkových atómoch vieme veľmi málo. Pretože vesmír sa zdá zložený čisto len z hmoty, najskôr musíme umelo vyprodukovať antiprotóny a pozitróny a ich spojením vytvoriť antivodíkové atómy. Len potom môžeme merať antivodíkové spektrum. Je to veľmi namáhavý proces, ale hodný úsilia, pretože akýkoľvek merateľný rozdiel medzi spektrami vodíka a antivodíka by porušil základné princípy fyziky a mohol by pomôcť pochopiť záhadu nerovnováhy medzi hmotou a antihmotou vo vesmíre.

Výsledok spomínaného experimentu je prvé pozorovanie spektrálnej čiary v atóme antivodíka, čo umožnilo prvýkrát porovnať spektrá hmoty a antihmoty. V rámci experimentálnej chyby nie je rozdiel pri porovnaní so zodpovedajúcou čiarou vo vodíku. Toto je konzistentné so štandardným modelom časticovej fyziky, teóriou, ktorá najlepšie opisuje častice a sily medzi nimi. Podľa tejto teórie by vodík a antivodík mali mať úplne rovnaké spektrá.

Antiprotónový spomaľovač v CERNe dokáže produkovať antivodíkové atómy a udržať ich v špeciálne navrhnutej magnetickej pasci. Uväznenie antivodíkových atómov umožňuje ich štúdium pomocou laserov alebo iných zdrojov žiarenia.

Antivodík sa vyrába zmiešaním plazmy asi 90 000 antiprotónov z Antiprotónového

spomaľovača s plazmou pozitrónov, čo vedie na produkciu asi 25 000 antivodíkových atómov na jeden pokus. Antivodíkové atómy môžu byť následne uväznené, ak sa pohybujú dostatočne pomaly v momente produkcie. Použitím novej techniky, pri ktorej spoja antiatómy z dvoch po sebe idúcich zmiešavacích cyklov, možno uväzniť v pasci v priemere 14 antiatómov na jeden pokus oproti len 1,2 antiatómom s predchádzajúcimi metódami. Po uväznení atómov ich vedci osvetlia laserovým zväzkom s presne naladenou frekvenciou a pozorujú prechody v antivodíku. Meranie sa robilo pozorovaním tzv. 1S-2S prechodu. Stav 2S v atómovom vodíku má dlhú dobu života, čo vedie k úzkej spektrálnej čiare, ktorá sa osobitne hodí na presné merania.

Zdroj: http://www.svetcastic.sk

Redakcia

Všetky autorove články
experiment antihmota

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať