Laserové kleště vytvářejí antihmotu obnovením podmínek neutronové hvězdy

Některé z největších záhad v kosmologii se točí kolem antihmoty a je těžké ji studovat, protože je vzácná a těžko se vyrábí v laboratoři. Nyní tým fyziků nastínil relativně jednoduchý nový způsob, jak vytvořit antihmotu, a to tak, že na sebe vypálí dva lasery, aby se reprodukovaly podmínky v blízkosti neutronové hvězdy, čímž se světlo přemění na hmotu a antihmotu.

Antihmota zní v principu jednoduše – je jako běžná hmota, jen její částice mají opačný náboj. Tento základní rozdíl má však několik zásadních důsledků: pokud se hmota a antihmota někdy setkají, zničí se navzájem v výbuchu energie. Ve skutečnosti to mělo zničit vesmír před miliardami let, ale očividně se tak nestalo. Jak tedy hmota ovládla? Co naklonilo misky vah v její prospěch? Nebo kam se poděla všechna antihmota?

Bohužel nedostatek a nestabilita antihmoty ztěžují studium, které by pomohlo odpovědět na tyto otázky. Je přirozeně produkován za extrémních podmínek, jako jsou údery blesku nebo v blízkosti černých děr a neutronových hvězd, a uměle v obrovských zařízeních, jako je Velký hadronový urychlovač.

Nyní však vědci navrhli novou metodu, která by mohla produkovat antihmotu v menších laboratořích. Zatímco tým ještě zařízení nesestavil, simulace ukazují, že princip je proveditelný.

Nové zařízení zahrnuje odpálení dvou výkonných laserů na plastový blok, jeden z každé strany klešťovým pohybem. Tento blok by byl křižován malými kanály, širokými jen mikrometry. Když každý laser zasáhne cíl, urychlí oblak elektronů v materiálu a vystřelí je – dokud se nesrazí s oblakem elektronů přicházejících opačně od druhého laseru.

Tomáš Toncián

Tato srážka produkuje mnoho gama paprsků a kvůli extrémně úzkým kanálům je pravděpodobnější, že se fotony také vzájemně srazí. To zase produkuje spršky hmoty a antihmoty, konkrétně elektrony a jejich ekvivalent antihmoty, pozitrony. Nakonec magnetická pole kolem systému soustředí pozitrony do paprsku antihmoty a urychlí jej na extrémně vysokou energii.

„K takovým procesům pravděpodobně dochází mimo jiné v magnetosféře pulsarů, tedy rychle rotujících neutronových hvězd,“ říká Alexey Arefiev, autor studie. „S naším novým konceptem by bylo možné takové jevy alespoň do určité míry simulovat v laboratoři, což by nám pak umožnilo lépe jim porozumět.“

Tým říká, že nová technika je velmi účinná, produkuje až 100 000krát více pozitronů než jediný laser a vstupní lasery by nemusely být tak výkonné. Výsledný paprsek antihmoty může dosáhnout energií 1 gigaelektronvolt (GeV) v prostoru pouhých 50 mikrometrů, což normálně vyžaduje velké urychlovače částic.

Koncept zatím zůstává spekulativní, ale tým říká, že technologie, která jej uvede do praxe, již v některých zařízeních existují. Mohlo by to poskytnout nové poznatky o extrémních podmínkách kolem černých děr a neutronových hvězd a potenciálně nám pomoci rozluštit vesmírný hlavolam antihmoty.

Výzkum byl publikován v časopise Komunikační fyzika.

Zdroj: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf