antihmota | Svět2000

Umělecké ztvárnění antihyperhydrogenu-4, hypernuklea antihmoty složeného z antiprotonu, dvou antineutronů a částice antilambda, vytvořené srážkou dvou jader zlata (vlevo).

Vědci našli vůbec nejtěžší jádro antihmoty

21. 8. 2024 Iveta Mauci 3 min read 324 Zobrazení antihmota, Národní laboratoř Brokenhaven, nový druh jádra, RHIC, urychlovač, USA, vesmír

Fyzika-matematika Nové TOP 10 Vesmír

Vědci, kteří zkoumají stopy částic proudících ze šesti miliard srážek atomových jader na urychlovači RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), který rekonstruuje podmínky raného vesmíru, objevili nový druh jádra antihmoty. Nejtěžší, jaký byl kdy detekován.

RHIC, zařízení Úřadu pro vědu Ministerstva energetiky USA (DOE) pro výzkum jaderné fyziky, je vhodným místem pro studium antihmoty. Jeho srážky těžkých iontů atomových jader zbavených elektronů urychlených na rychlost blízkou rychlosti světla, roztavují hranice jednotlivých protonů a neutronů.

Když vědci objevili asi 16 částic „antihypervodíku-4″, rozbíjeli přitom asi šest miliard částic. Exotická antijádra se skládají ze čtyř částic antihmoty – antiprotonu, dvou antineutronů a jednoho antihyperonu.

Objev učinili členové RHIC STAR Collaboration pomocí svého detektoru částic, který analyzoval detaily srážky trosek.

„Podle našich fyzikálních poznatků o hmotě a antihmotě má antihmota kromě opačných elektrických nábojů stejné vlastnosti jako hmota. Stejnou hmotnost, stejnou dobu života před rozpadem a stejné interakce,“ uvedl spolupracovník STAR, Junlin Wu.

Skutečnost je taková, že náš vesmír je tvořen spíše hmotou než antihmotou, přestože se předpokládá, že obojí vzniklo ve stejném množství v době velkého třesku před přibližně 14 miliardami let.

Energie uložená ve vzniklé směsi volných kvarků a gluonů, nejzákladnějších stavebních prvků viditelné hmoty, vytváří tisíce nových částic. A stejně jako v raném vesmíru, i v RHIC vzniká hmota a antihmota v téměř stejném množství.

Hledání jehly v kupce sena

Aby vědci našli vzácná antihyperjádra, prosévali miliardy srážek! Každé antihelium-4 vznikající ze srážky, mohlo být spárované se stovkami nebo dokonce tisíci částicemi pi+.

„To znamená, že přibližně šest reakcí, které vypadají jako rozpady antihypervodíku-4, můžou být jen náhodným šumem,“ řekla Emilie Duckworthová.

Emilie měla zajistit, aby počítačový kód, který použili k prosévání všech událostí pro výběr signálů, byl správně napsaný. Odečtení tohoto pozadí od 22 dává fyzikům jistotu, že odhalili asi 16 skutečných jader antihypervodíku-4.

Složený snímek detektoru STAR a příklad stop částic, které detekuje, vycházejících ze srážky zlata a zlata v relativistickém urychlovači těžkých iontů (RHIC) v Brookhaven National Laboratory. — *Složený snímek detektoru STAR. Příklad stop detekovaných částic vycházejících ze srážky zlata v relativistickém urychlovači těžkých iontů (RHIC) v Národní laboratoři Brookhaven.*

„Proč je náš vesmír ovládaný hmotou, je stále otázkou na kterou neznáme odpověď,“ řekl Wu.

Srovnání hmoty a antihmoty

Výsledek byl natolik významný, že tým provedl několik přímých srovnání hmoty a antihmoty. Srovnávali dobu životnosti antihypervodíku-4 s dobou životnosti hypervodíku-4, který je tvořený stejnými stavebními bloky z běžné hmoty. Porovnali také doby životnosti dalšího páru hmoty a antihmoty: antihypertritonu a hypertritonu. Ani u jednoho z nich se neprokázal významný rozdíl, což vědce nepřekvapilo.

Vysvětlili, že experimenty byly testem obzvláště silné formy symetrie. Fyzici se obecně shodují, že porušení této symetrie by bylo extrémně vzácné. A ani tak nebude obsahovat odpověď na nerovnováhu mezi hmotou a antihmotou ve vesmíru.

Tým se shodl, že výsledky potvrzují, že modely fyziků jsou správné a jsou „velkým krokem vpřed v experimentálním výzkumu antihmoty“.

Dalším krokem bude změření rozdílu hmotností mezi částicemi a antičásticemi.

Zdroje: Tiskové centrum Národní laboratoře Brokenhaven, Americká energetická laboratoř

Náš vesmír může mít dvojče, které běží zpět v čase

18. 3. 2022 Petr Kovanda 7 min read 295 Zobrazení antihmota, antivesmír, neutrino, Velký třesk

Nové TOP 10 Zajímavosti

Antivesmír běžící pozpátku v čase by mohl vysvětlit temnou hmotu a kosmickou inflaci. Divoká nová teorie naznačuje, že může existovat další „antivesmír“, který běží zpět v čase před Velkým třeskem. Myšlenka předpokládá, že raný vesmír byl malý, horký, hustý a tak jednotný, že čas vypadá symetricky vpřed i vzad. Pokud je to pravda, nová teorie znamená, že temná hmota není tak záhadná. Je to jen nová příchuť strašidelné částice zvané neutrino, která může existovat pouze v tomto druhu vesmíru. Pokud je to pravda, pak budoucí experimenty k honbě za gravitačními vlnami nebo k určení hmotnosti neutrin by mohly jednou provždy odpovědět, zda tento zrcadlový antivesmír existuje. Píše server livescience.com.

Zachování symetrie

Fyzici identifikovali soubor základních symetrií v přírodě. Tři nejdůležitější symetrie jsou: náboj (pokud přehodíte náboje všech částic účastnících se interakce na jejich opačný náboj, získáte stejnou interakci), parita (pokud se podíváte na zrcadlový obraz interakce, dostanete stejný výsledek), a čas (pokud spustíte interakci pozpátku v čase, vypadá to stejně).

Fyzické interakce po většinu času dodržují většinu těchto symetrií, což znamená, že někdy dochází k porušení. Fyzici ale nikdy nezpozorovali porušení kombinace všech tří symetrií současně. Pokud vezmete každou jednotlivou interakci pozorovanou v přírodě a otočíte náboje, vezmete zrcadlový obraz a spustíte jej zpět v čase, tyto interakce se chovají úplně stejně.

Tato základní symetrie je pojmenována: CPT symetrie pro náboj (C), paritu (P) a čas (T).

V novém článku, který byl nedávno přijat k publikaci v časopise Annals of Physics, vědci navrhují rozšířit tuto kombinovanou symetrii. Obvykle se tato symetrie vztahuje pouze na interakce — síly a pole, které tvoří fyziku vesmíru. Ale možná, pokud je to tak neuvěřitelně důležitá symetrie, platí to pro celý vesmír samotný. Jinými slovy, tato myšlenka rozšiřuje tuto symetrii od aplikování pouze na „aktéry“ vesmíru (síly a pole) na „jeviště“ samotné, na celý fyzický objekt vesmíru.

Vytváření temné hmoty

Žijeme v rozpínajícím se vesmíru. Tento vesmír je plný spousty částic, které dělají spoustu zajímavých věcí, a vývoj vesmíru se pohybuje vpřed v čase. Pokud rozšíříme koncept CPT symetrie na celý náš vesmír, pak náš pohled na vesmír nemůže být úplným obrazem.

Místo toho jich musí být víc. Aby byla zachována symetrie CPT v celém vesmíru, musí existovat zrcadlový vesmír, který vyrovnává náš vlastní. Tento vesmír by měl všechny opačné náboje než my, byl by převrácen v zrcadle a běžel by zpět v čase. Náš vesmír je jen jedním z dvojčat. Dohromady se oba vesmíry řídí symetrií CPT.

Výzkumníci studie se dále ptali, jaké by byly důsledky takového vesmíru.

Našli mnoho úžasných věcí.

Za prvé, vesmír respektující CPT se přirozeně rozpíná a plní se částicemi, aniž by k tomu bylo potřeba dlouho teoretizované období rychlé expanze známé jako inflace. I když existuje mnoho důkazů, že k události jako je inflace došlo, teoretický obraz této události je neuvěřitelně nejasný. Je to tak nejasné, že existuje spousta prostoru pro návrhy životaschopných alternativ.

Za druhé, vesmír respektující CPT by do směsi přidal nějaká další neutrina. Existují tři známé druhy neutrin: elektronové neutrino, mionové neutrino a tau-neutrino. Kupodivu všechny tři tyto neutrinové druhy jsou levotočivé (s odkazem na směr jeho rotace vzhledem k jeho pohybu). Všechny ostatní částice, které fyzika zná, mají levotočivé i pravotočivé varianty, takže fyzici dlouho přemýšleli, zda existují další pravotočivá neutrina.

Vesmír respektující CPT by vyžadoval existenci alespoň jednoho druhu pravotočivých neutrin. Tento druh by byl pro fyzikální experimenty do značné míry neviditelný a zbytek vesmíru by ovlivňoval pouze gravitací.

Ale neviditelná částice, která zaplavuje vesmír a interaguje pouze prostřednictvím gravitace, zní hodně jako temná hmota.

Vědci zjistili, že podmínky kladené poslušností symetrie CPT by naplnily náš vesmír pravotočivými neutriny, což je dostatečné množství pro vznik temné hmoty.

Předpovědi v zrcadle

Nikdy bychom neměli přístup k našemu dvojčeti, zrcadlovému vesmíru CPT, protože existuje „za“ naším Velkým třeskem, před začátkem našeho vesmíru. To ale neznamená, že tento nápad nemůžeme otestovat.

Vědci našli několik pozorovacích důsledků této myšlenky. Za prvé předpovídají, že všechny tři známé druhy levotočivých neutrin by měly být všechny částice Majorana, což znamená, že jsou jejich vlastními antičásticemi (na rozdíl od normálních částic, jako je elektron, které mají antihmotové protějšky zvané pozitrony). Od této chvíle si fyzici nejsou jisti, zda neutrina mají tuto vlastnost nebo ne.

Navíc předpovídají, že jeden z druhů neutrin by měl být bez hmotnosti. V současné době mohou fyzici stanovit pouze horní limity na hmotnosti neutrin. Pokud by fyzici někdy dokázali přesvědčivě změřit hmotnosti neutrin a jedno z nich je skutečně bezhmotné, výrazně by to podpořilo myšlenku CPT-symetrického vesmíru.reklama

A konečně, v tomto modelu k události inflace nikdy nedošlo. Místo toho se vesmír naplnil částicemi přirozeně sám od sebe. Fyzici se domnívají, že inflace otřásla časoprostorem do tak obrovské míry, že zaplavila kosmos gravitačními vlnami. Po těchto prvotních gravitačních vlnách se hledá mnoho experimentů. Ale v CPT-symetrickém vesmíru by žádné takové vlny neměly existovat. Takže pokud tato hledání prvotních gravitačních vln vyjdou naprázdno, mohlo by to být vodítkem, že tento model zrcadlového vesmíru CPT je správný.

Zdroj: livescience.com