| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
CPT symetrie a výroba antivodíku ve velkém
Jan Pašek
CPT symetrie
Ve standardním částicovém modelu předpokládáme různé dílčí symetrie. Při C symetrii (C - Charge) platí stejné fyzikální zákony, když vyměníme částici za antičástici. Další symetrií je P symetrie (Parity), při které se fyzikální zákony nemění při levopravé záměně. Zrcadlový obraz experimentu by měl probíhat stejně jako experiment původní. Poslední z těchto základních symetrií je T symetrie (T - Time). Děje jsou možné i v obráceném pořadí. Jsou známy porušení jednotlivých symetrií a jejich kombinací. Narušení P symetrie bylo objeveno v roce 1956, narušení CP symetrie v roce 1964 a narušení T symetrie v roce 1999. Teorie předpokládají, že jedinou skutečnou symetrií je CPT: experiment proběhne stejně, vyměníme-li částice za antičástice, uděláme zrcadlový obraz experimentu a obrátíme směr pohybu částic, a to vše naráz. Je to jedna ze základních symetrií současné fyziky a proto je důležité dokázat, jestli ji zle porušit nebo ne.
ATHENA
V komplexu laboratoří CERN připravují experiment ATHENA, ve kterém by se mělo vytvořit větší množství antivodíku (až 50 000 atomů v jednom cyklu) a zkoumat jeho vlastnosti. Zjišťovat se budou například rozdíly ve frekvenci při přechodu elektronu (u antivodíku pozitronu) ze základního stavu do prvního excitačního. Tuto frekvenci jsme schopni měřit s mimořádnou přesností pomocí laserové spektroskopie.
První problém, který nastává, je výroba a udržení většího množství antivodíku. K výrobě antivodíku se nejprve vyprodukuje větší množství pomalých antiprotonů pomocí antiprotonového zpomalovače AD (BULLETIN 8/2003). Vytvořené protony se zachytí v modifikací známé Penningovy pasti. Jedná se o elektromagnetickou past s osovým magnetickým polem (zelené čáry) a nehomogenním elektrickým polem (červené čáry). V této konfiguraci je možné zachytit rotující chomáč antiprotonů. Rotace je způsobena azimutálním driftem antiprotonů.
Penningova past pro antiprotony
Antiprotony zachycené v této pasti jsou zpomaleny tak, že jejich teplota odpovídá 15 K. Zpomalovač AD vyprodukuje okolo 20 milionů antiprotonů v krátkých pulsech ve stosekundových intervalech a přibližně kolem 3 000 z nich je po zachycení a ochlazení možné použít pro výrobu antivodíku. Potřebné pozitrony do atomárních obalů se získávají z radioaktivního rozpadu sodíku 22. Pozitrony se zachytávají v další Penningově pasti.
Pro výrobu antivodíku použijeme kolem 70 miliónů pozitronů zchlazených na 15 K. Potom kolem 10 000 antiprotonů (shromážděných během tří AD cyklů) vystřelíme do pozitronového mračna. Antiprotony vznikají jen tehdy, když přebytek energie a momentu hybnosti odnese třetí částice (tříčásticová rekombinace) nebo foton (zářivá rekombinace).
Kolik antivodíku vznikne zjistíme tak, že je z pasti nasměrujeme na elektrodu, kde anihilují a objeví se typická skladba neutrálních a nabitých pionů. Naopak při anihilaci pozitronu se objeví foton s charakteristickou energií. Celý pokus, včetně měření se odehrává při teplotě kolem 15 K.
Tým experimentu ATHENA odhaduje, že se mu podařilo vyrobit kolem 50 000 atomů antivodíku během experimentu, ale nejsou si jisti, v jakém stavu atomy antivodíku jsou. To je velice důležité pro další experimenty, protože antivodík lze zachytit jenom v základním stavu (s stav, pozitron na nejnižší energetické hladině). V dalším kroku chce tým Mike Charltona z university Wales Swansea prozkoumat detailně reakci antiprotonu s pozitronem. Zabudování laserové spektroskopie se předpokládá v průběhu několika let. Zkoumání vlastností antivodíku může přispět zásadním způsobem k našim znalostem hmoty a antihmoty a ověřit, zda v přírodě platí či neplatí CPT symetrie.
Odkazy
