Vědci z CERNu poprvé ochlazují antihmotu pomocí laserů

Vědci z CERN poprvé použili lasery k ochlazení antihmoty. Milník by mohl pomoci odhalit některá tajemství této podivné látky, včetně toho, proč nezničila vesmír brzy po velkém třesku.

Na rozdíl od nepolapitelné temné hmoty je pro nás antihmota o něco hmatatelnější, protože byla izolována, vyrobena a zkoumána v posledních letech. V podstatě je to jen normální hmota s opačným elektrickým nábojem, což znamená, že pokud se antihmota a hmota dotknou natolik, že se navzájem anihilují v výbuchu energie.

To samozřejmě znesnadňuje skladování a přepravu, natož studium. Zhruba v posledním desetiletí vyvinuli vědci z CERNu stále lepší nádoby, které využívají elektromagnetismus k udržení antihmoty suspendované ve vakuu po delší dobu, od zlomků sekund, přes několik minut až po více než rok.

To vědcům umožnilo studovat věci různými způsoby, jako je jejich spektrum a jak reaguje na gravitaci. Hlavním cílem toho všeho je prozkoumat, zda je elektrický náboj jediným rozdílem mezi hmotou a antihmotou.

Tyto studie však narážejí na další problém, kromě jeho tendence vše zničit: teplota antiatomů vytváří hlučné prostředí k provádění přesných měření. Takže pro novou studii vědci z projektu CERN ALPHA chladili atomy antivodíku pomocí laserů.

Tato technika chlazení se často používá u běžné hmoty, ale nikdy předtím nebyla dosažena s antihmotou. Atomy (nebo antiatomy) absorbují fotony z laserového světla a nakrátko je posunou do stavu s vyšší energií. Brzy znovu emitují fotony a rozpadají se zpět do svého stavu s nižší energií, a pokud se tento cyklus opakuje, atomy se budou postupně dále a dále zpomalovat, protože fotony udělují hybnost.

V tomto experimentu výzkumníci ALPHA použili pulzující laserové světlo speciálně navržené pro atomy antivodíku s frekvencí těsně pod frekvencí potřebnou pro přechod mezi stavy s nejnižší a vyšší energií. Po několika hodinách přepínání atomů tým zjistil, že jejich střední kinetická energie klesla na pouhou desetinu původní energie. To je ochladilo na 0,012 K, což je zlomek nad absolutní nulou.

Po dosažení tohoto cíle tým dále zjistil, že spektrální čára pro laserem chlazený antivodík byla asi čtyřikrát užší než obvykle. To naznačuje, že tato technika může vědcům pomoci provést přesnější měření antihmoty, což by pomohlo zjistit, jak se liší od běžné hmoty.

To by zase mohlo odhalit některá z nejhlubších záhad kosmologie, například proč jsme vůbec ještě tady. Předpokládá se, že Velký třesk měl vytvořit stejné množství hmoty a antihmoty, ale navzájem by se zrušily a zničily všechno. Skutečnost, že hmota dominuje vesmíru, který dnes vidíme, naznačuje určitý rozdíl mezi těmito dvěma, které narušují váhy.

Výzkum byl publikován v časopise Příroda. Tým popisuje práci ve videu níže.

Zdroj: CERN