Dan Brown ji proměnil v hrozbu, fyzikové v otázku
Kdo četl román Andělé a démoni od Dana Browna nebo viděl jeho filmovou adaptaci, možná si antihmotu představuje jako nebezpečnou substanci uzavřenou v malé nádobce. Kontakt s obyčejnou hmotou by měl podle příběhu uvolnit obrovské množství energie a dramaticky změnit osud Vatikánu. Brown při psaní využil skutečný fyzikální princip, zároveň však posunul možnosti výroby a skladování antihmoty daleko za hranice současné vědy.
Ve fyzikálních laboratořích přitom antihmota není fantazií. Vědci umějí vyrábět její částice, některé z nich držet pomocí elektromagnetických polí a velmi přesně srovnávat jejich vlastnosti s obyčejnou hmotou. Experimenty nejsou cestou k filmové výbušnině. Mají odpovědět na mnohem hlubší otázky, například zda se hmota a antihmota řídí naprosto stejnými zákony a co způsobilo, že náš vesmír nebyl krátce po svém vzniku celý zničen vzájemnou anihilací.
Každá částice má zvláštní protějšek
Elektron nese záporný elektrický náboj. Jeho antičástice, pozitron, má stejnou hmotnost, ale náboj kladný. Proton má záporně nabitý protějšek zvaný antiproton. To ovšem neznamená, že by antihmota byla jakousi zápornou hmotou, levitovala nebo měla magicky obrácené všechny vlastnosti. Rozdíly mezi částicí a antičásticí se týkají konkrétních kvantových charakteristik, zejména elektrického náboje a dalších příslušných kvantových čísel.
Zásadní teoretický krok udělal Paul Dirac koncem dvacátých let minulého století. Pozitron byl pozorován v roce 1932 a v roce 1955 vědci v Berkeley experimentálně objevili antiproton. Emilio Segrè a Owen Chamberlain za tento úspěch získali Nobelovu cenu za fyziku v roce 1959. Nešlo tedy o náhodný nález exotické látky, ale o postupné ověřování důsledků fyzikálních teorií. Antičástice se mohou v přírodě vytvářet při vysokoenergetických procesech a v laboratořích při srážkách částic.
Proč při setkání obou světů vzniká energie
Při srážce elektronu s pozitronem mohou obě částice anihilovat a jejich energie se projeví například v podobě fotonů. V obecnějším případě srážek hmoty a antihmoty mohou vznikat i jiné částice, podle typu původních částic a podmínek. Známý vztah E = mc² vyjadřuje, jak velká energie odpovídá určité hmotnosti. Z tohoto hlediska má anihilace skutečně mimořádný potenciál. Rozhodně však neplatí, že jakákoli stopa antihmoty automaticky způsobí mohutnou explozi. Záleží na množství a způsobu uvolnění energie.
Největší překážkou filmové představy je výroba a uchování velkého množství antihmoty. Laboratoře produkují mikroskopické množství částic za cenu značné spotřeby energie a složitého technického vybavení. Pro skladování je nutné zabránit jejich dotyku se stěnami nádoby, například pomocí elektromagnetických pastí v extrémním vakuu. CERN uvádí, že i při nepřetržitém provozu zařízení by množství získané antihmoty zůstávalo v běžných hmotnostních měřítkách nepatrné. Antihmota se dnes nedá rozumně považovat za praktické palivo ani za snadno dostupný zdroj energie.
Pomáhá i při vyšetření lidského těla
Vedle základního výzkumu má fyzika antičástic i velmi konkrétní spojení s medicínou. Pozitronová emisní tomografie neboli PET využívá radioaktivní látky, které při přeměně emitují pozitrony. Ty se v těle setkávají s elektrony a při anihilaci vznikají fotony, jejichž společné zachycení umožňuje rekonstruovat rozložení značkované látky. Lékaři tak mohou sledovat například určité metabolické procesy a podle konkrétního vyšetření hledat projevy některých onemocnění.
PET skener tedy není přístroj plný zásobníků filmové antihmoty. Využívá fyzikální proces, který probíhá v nesmírně malém měřítku a je přesně měřen. Právě na tomto příkladu je dobře vidět, proč má smysl studovat látku, která se běžnému člověku zdá nepraktická. Z poznání částic, jež samy o sobě žijí mimo naši přímou zkušenost, mohou vznikat přístroje s velmi konkrétním dopadem.
Největší záhada není anihilace, ale naše existence
Současná fyzika předpokládá, že v raném vesmíru vznikaly částice hmoty a antihmoty ve vzájemně těsné souvislosti. Kdyby jich bylo přesně stejně a všechny se vzájemně zničily, nevznikl by vesmír plný galaxií, hvězd, planet a živých organismů. Pozorování však ukazují, že běžná hmota převažuje. Vědci proto hledají mechanismus, který vytvořil drobný počáteční přebytek hmoty. Ani po desetiletích výzkumu nemáme všeobecně přijaté úplné vysvětlení.
Experimenty v CERN mimo jiné zkoumají rozdíly mezi protony a antiprotony, vlastnosti antivodíku i jeho chování v gravitačním poli. Tyto přesné testy mohou odhalit nové souvislosti nebo potvrdit, že některé části fyzikálních zákonů platí se zdrcující přesností. Ať už přinesou jakýkoli výsledek, skutečná antihmota je zajímavější než románová nádoba s hrozivým obsahem. Podílí se na odpovědi na otázku, proč vůbec existuje svět, který může příběhy o antihmotě vyprávět.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], CERN – Antimatter: physics, asymmetry, storage and experiments [2], Nobel Prize – The Nobel Prize in Physics 1959 [3], National Cancer Institute – PET Scan [4], img ai generated
