Zistenia môžu otvoriť dvere niekoľkým líniám výskumu.
Fyzik Masaki Hori z kolaborácie ASACUSA v CERN-e. Zdroj: CERN
Kolaborácia ASACUSA v CERN-e uvádza, že hybridný atóm hélia z hmoty a antihmoty, ktorý obsahuje antiprotón (antičasticu protónu) namiesto elektrónu, má neočakávanú odozvu na laserové svetlo, keď je ponorený do kvapalného hélia. Výsledok opísaný v článku, ktorý zverejnili v časopise Nature môže otvoriť dvere niekoľkým líniám výskumu.
„Naša štúdia naznačuje, že hybridné atómy hélia by sa dali použiť aj mimo časticovej fyziky, najmä vo fyzike kondenzovaných látok, možno dokonca aj v astrofyzikálnych experimentoch. Pravdepodobne sme urobili prvý krok pri použití antiprotónov na štúdium kondenzovaných látok,“ vysvetľuje spoluhovorca ASACUSA Masaki Hori.
Nečakané správanie
Kolaborácia ASACUSA je zvyknutá na výrobu hybridných atómov hélia. Nimi určuje hmotnosť antiprotónu a porovnáva ju s hmotnosťou protónu. Tieto hybridné atómy obsahujú antiprotón a elektrón v okolí jadra hélia (namiesto dvoch elektrónov v okolí jadra). Vyrábajú sa zmiešaním antiprotónov z továrne na antihmotu v CERN-e s plynom hélia, ktorý má nízku hustotu atómov a udržiava sa pri nízkej teplote.
Nízke hustoty plynu a nízke teploty zohrali kľúčovú úlohu v týchto štúdiách antihmoty, teda častíc, ktoré sú v podstate dvojičkami častíc hmoty, ale majú opačný náboj. Výskum zahŕňa meranie odozvy hybridných atómov na laserové svetlo s cieľom určiť ich svetelné spektrum. Dalo by sa zjednodušene povedať, že merajú jeho farbu.
Vysoké hustoty plynu a teploty vedú k spektrálnym čiaram, ktoré vznikli prechodmi antiprotónu alebo elektrónu medzi energetickými hladinami. Sú však príliš široké, aby umožnili určiť hmotnosť antiprotónu vzhľadom na hmotnosť elektrónu. To je dôvod, prečo bolo pre výskumníkov prekvapením, že keď vo svojej novej štúdii použili kvapalné hélium, ktoré má oveľa vyššiu hustotu ako plynné hélium, zaznamenali zmenšenie šírky antiprotónových spektrálnych čiar.
Navyše keď znížili teplotu hélia na hodnoty pod teplotou, pri ktorej sa kvapalina stáva supratekutou, teda prúdi bez akéhokoľvek odporu, všimli si ďalšie náhle zúženie spektrálnych čiar.
„Toto správanie bolo neočakávané. Optická odozva hybridného atómu hélia v supratekutom héliu je výrazne odlišná od toho istého hybridného atómu v plynnom héliu s vysokou hustotou, ako aj od mnohých normálnych atómov v kvapalinách alebo supratekutinách,“ hovorí Anna Sótér, ktorá bola hlavnou doktorandkou pracujúcou na experimente a teraz je odbornou asistentkou.
Pozrite si
Dvere do ďalšieho výskumu
Vedci si myslia, že pozorované prekvapivé správanie súvisí s polomerom elektrónového orbitálu, teda so vzdialenosťou, v ktorej sa nachádza elektrón hybridného atómu hélia. Na rozdiel od mnohých normálnych atómov sa polomer elektrónového orbitálu hybridného atómu mení veľmi málo, keď na atóm dopadá laserové svetlo. Neovplyvňuje teda spektrálne čiary, aj keď je atóm ponorený do supratekutého hélia. Na potvrdenie tejto hypotézy sú však potrebné ďalšie štúdie.
Zistenie má niekoľko dôsledkov. Po prvé, výskumníci môžu vytvoriť ďalšie hybridné atómy hélia, ako sú piónové atómy hélia, v supratekutom héliu s použitím rôznych antičastíc a exotických častíc, aby mohli podrobne študovať ich reakciu na laserové svetlo a merať hmotnosti častíc.
Po druhé, podstatné zúženie čiar v supratekutom héliu naznačuje, že hybridné atómy hélia by sa mohli použiť na štúdium tejto formy hmoty a potenciálne aj iných fáz kondenzovanej hmoty. Nakoniec by sa úzke spektrálne čiary mohli v princípe použiť na hľadanie kozmických antiprotónov alebo antideuterónov (jadro zložené z antiprotónu a antineutrónu) s obzvlášť nízkou rýchlosťou. Tie dopadajú na kvapalné alebo supratekuté hélium, ktoré sa používa na chladenie experimentov vo vesmíre alebo vo výškových balónoch.
Predtým, ako sa spomenutá metóda stane komplementárnou k existujúcim technikám vyhľadávania týchto foriem antihmoty, je však ešte potrebné prekonať množstvo technických problémov.
Zdroj: Tlačová správa webu Svet častíc, Quanta Magazine
(MAT)
