Vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR, Ústavu jaderné fyziky AV ČR a ČVUT v Praze společně se zahraničními kolegy z experimentu ALICE provedli doposud nejpřesnější test základního zákona mikrosvěta – symetrie CPT. „Pozorování jeho byť jen velmi slabého narušení by mohlo mít dalekosáhlé důsledky – mimo jiné i pro platnost Einsteinovy speciální teorie relativity. Ve srážkách dvou jader olova na urychlovači LHC v Evropském středisku jaderného výzkumu CERN vzniká srovnatelné množství hmoty i antihmoty.
Test CPT symetrie založený na měření rozdílu hmotností jader a antijader byl proveden pomocí deuteronů a antideuteronů a jader helia-3 a antihelia-3. Měření, která jsou oproti doposud existujícím zhruba desetkrát až stokrát přesnější, potvrdila platnost CPT symetrie s doposud bezprecedentní přesností,“ vysvětluje jeden z autorů doc. Michal Šumbera, CSc., DSc., z Ústavu jaderné fyziky AVČR. Práci publikoval prestižní časopis Nature Physics.
Tisková zpráva:
Experiment ALICE provedl přesné srovnání vlastností jader s jádry antihmoty.
Srážky dvou atomových jader pohybujících se téměř rychlostí světla umožňují vytvořit podmínky,
které panovaly ve vesmíru kráce po jeho vzniku. V obou případech totiž vzniká srovnatelné
množství hmoty i antihmoty. Vysoká rychlost rozpínání horké a husté jaderné hmoty vzniklé z malého
velkého třesku v laboratoři způsobuje, že se antihmota velmi rychle oddělí od hmoty aniž došlo
k její anihilaci. Proto jsou vysokoenergetické urychlovače těžkých jader jako jsou Large
Hadron Collider v Evropském středisky jaderného výzkumu (CERN) v Ženevě a Relativistic Heavy
Ion Collider v Brookhavenské Národní Laboratoři (BNL) v New Yorku efektivními nástroji
produkce antihmoty. Při těchto energiích je produkováno velké množství nových protonů a neutronů
(společně nazývaných nukleony) a i jejich antičástic – antiprotonů a antineutronů (zvaných
antinukleony). Vznik atomového jádra či antijádra je mnohem vzácnější. Podmínkou je, že se několik
nukleonů nebo antinukleonů nachází vzájemně velmi blízko a pohybují se s velmi blízkými rychlostmi
stejným směrem. Jinak je jaderné síly nemohou navzájem svázat. Taková situace v horké, husté a
rychle se rozpínající hmotě nastává s velmi malou pravděpodobností. Produkce každého dalšího jádra
obsahujícího oproti předešlému jeden nukleon navíc je tisíckrát méně pravděpodobná.
Nejtěžším doposud pozorovaným jádrem antihmoty je antihelium-4, známé též jako anti α-částice,
skládající se dvou antiprotonů a dvou antineutronů. K jeho objevu došlo v roce 2011, sto let
poté co Rutherford objevil α-částici. Anti α-částice byla poprvé pozorována experimentem STAR
[1]
ve srážkách jader zlata na urychlovači RHIC (Nature 473:353, 2011, Erratum-ibid.475:412, 2011). Týž vědecký tým již o rok dříve ohlásil
objev jiného exotického objektu tvořeného antihmotou - antihyperjádra tritia skládající se
z antiprotonu, antineutronu a antilambda hyperonu (Science 328 (2010) 58).
Dalším logickým krokem výzkumu antihmoty je studium odlišností jader a antijader. Základní,
doposud nevyvrácený zákon fyziky mikrosvěta, tzv. CPT symetrie, praví, že žádný rozdíl mezi
chováním hmoty a antihmoty neexistuje. “Zrcadlový obraz” našeho vesmíru v němž je hmota nahrazena
antihmotou (C), poloha všech objektů je zrcadlovým odrazem objektů našeho vesmíru (P) a tyto
objekty se zde pohybují přesně opačným směrem než v našem vesmíru tj. jakoby pozpátku v čase (T),
musí být CPT symetrickou kopií našeho vesmíru a tudíž v něm musí platit i stejné fyzikální
zákony. V posledním čísle časopisu
Nature Physics (doi:10.1038/nphys3432) zveřejnil experiment ALICE
[2]
výsledky testování CPT symetrie pomocí lehkých jader. Experiment ALICE studuje srážky těžkých
jader na urychlovači LHC v CERN při o řád vyšších energiích nežli experiment STAR na
urychlovači RHIC. Přesné měření rozdílu hmotností jader a anitijader dělené velikostí jejich
elektrického náboje potvrdilo platnost CPT symetrie s doposud bezprecendentní přesností. Měření
provedena pomocí deuteronů a antideuteronů a jader helia 3, skládajících se ze dvou protonů a
jednoho neutronu, a jader antihelia-3 jsou oproti doposud existujícím měření zhruba deset až
sto krát přesnější. Stojí za zmínku, že tento výsledek byl zveřejněn přesně padesát let po objevu
antideuteronu na urychlovačích PS v CERN a AGS v BNL.
________________________________
1
Experimentu STAR (
www.star.bnl.gov
) na urychovači RHIC v Brookhavenské Národní Laboratoři v
USA se účastní vědci a studenti z ÚJF AV ČR v.v.i. a z FJFI ČVUT.
2
Experimentu ALICE (aliceinfo.cern.ch) na urychlovači
LHC v CERN se účastní vědci as studenti z FzÚ a ÚJF AVČR a z FJFI ČVUT.
Doc. Michal Šumbera, CSc., DSc.
vedoucí týmu ALICE ČR
Ústav jaderné fyziky AV ČR, v.v.i.
Na Truhlářce 39/64, 180 86 Praha 8
tel. +420-266177205 nebo +420-234697772
fax +420-266177207 nebo +420-220940220
mobil +420776034317(CR) +41764871826(CERN)
20 Aug 2015