Sciencemag.cz
Doporučujeme
Iont vodíku H₂⁺ je tou nejjednodušší molekulou. Jeho vlastnosti – například energetické hladiny – lze tudíž přesně vypočítat. To zase umožňuje porovnat teoretické předpovědi s experimentálními měřeními a určit, nakolik přesně teorie odrážejí realitu.
Na Heinrich-Heine University Duesseldorf se pokusili najít eventuální nesrovnalosti, které by naznačovaly existenci nové fyziky za Standardním modelem. Odchylky by mohly naznačovat třeba existenci páté základní interakce nebo skrytých dimenzí.
„V dřívější práci jsme poprvé demonstrovali přímou laserovou spektroskopii vibračního přechodu v H₂⁺. Přesnost měření však byla omezena Dopplerovým jevem, který rozšiřuje spektrální čáry,“ uvádí hlavní autor studie Soroosh Alighanbari.
Vědci nyní dosáhli výrazného zlepšení výsledků laserové spektroskopie. Pomocí speciální metody se jim podařilo eliminovat Dopplerův jev, který v dřívějším experimentu způsoboval zkreslení. Eliminovali také další zkreslující účinky způsobené vnějšími elektrickými a magnetickými poli.
Fyzici mohou pomocí naměřené frekvence vibrací vypočítat základní přírodní konstanty. Tyto hodnoty se vyskytují v rovnicích kvantové mechaniky, kde určují například energetické hladiny atomů a molekul. Odpovídajícím způsobem také vyplývá frekvence absorbovaného nebo emitovaného světla, když atom nebo molekula přechází mezi dvěma hladinami.
„Molekulární spektroskopie je obzvláště vhodná pro extrémně přesné stanovení poměru hmotnosti protonu k hmotnosti elektronu (mp/me). Tato bezrozměrná konstanta stanovuje měřítko pro účinky hmotnosti částic na molekulární vibrace a rotační energie,“ praví S. Alighanbari.
Vědci určili poměr mp/me s přesností na pouhých 26 biliontin (trillion v angličtině, PPT), čímž zlepšili přesnost o tři řády ve srovnání s dřívějšími měřeními.
Metoda by se navíc dala upravit např. i k prozkoumání platnosti základních symetrií, zejména CPT.
Autoři nové studie dále uvádějí: „Náš přístup by nakonec mohl umožnit mnohem citlivější test CPT, ve kterém můžeme porovnat přechod v iontu H₂⁺ s jeho protějškem v antihmotě. K dosažení tohoto cíle však bude nutné úspěšně syntetizovat anti-H₂⁺ v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN) v Ženevě.“
Pokud by se molekuly hmoty a antihmoty nechovaly spektroskopicky úplně stejně, mohlo by to samozřejmě mít vztah i ke kosmologii – k otázce, proč po velkém třesku zůstal vesmír (zřejmě) naplněn výhradně hmotou.
S. Alighanbari et al, High-accuracy laser spectroscopy of H2+ and the proton–electron mass ratio, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09306-2
Zdroj: Heinrich-Heine University Duesseldorf / Phys.org, přeloženo / zkráceno
