Sciencemag.cz
Doporučujeme
Plus potvrzení dvojlomu vakua.
Experiment ukázal vznik hmoty (klidové hmotnosti) z kinetické energie – nebo z fotonů, říkat se tomu dá různě (třeba i vznik částic s nenulovou klidovou hmotností z částic s nulovou klidovou hmotností). Na urychlovači RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhavenské národní laboratoři (spadá pod Ministerstvo energetiky USA) se podařilo demonstrovat jev, který už v roce 1934 popsali Gregory Breit a John A. Wheeler.
Zatímco přeměnu (klidové) hmotnosti na energii využíváme i v jaderných elektrárnách, opačný postup je složitější. V tomto případě je zajímavé, že se jej fyzikům podařilo uskutečnit v jediném kroku.
Iont zlata zbaveného elektronů nese silný kladný náboj (protonů je v jádře zlata 79). Urychlování takto nabitého těžkého iontu na velmi vysoké rychlosti vytváří silné magnetické pole, které se při pohybu částice spirálovitě obtáčí – podobně jako proud tekoucí drátem. „Pokud je rychlost dostatečně vysoká, může se síla kruhového magnetického pole rovnat síle kolmého elektrického pole,“ uvádí Zhangbu Xu z Brookhaven Laboratory. „A toto uspořádání kolmých elektrických a magnetických polí stejné síly je přesně to samé jako foton – částice světla. Takže když se ionty zlata pohybují rychlostí blízkou rychlosti světla, vytvoří se kolem jádra zlata hromada fotonů, které s ním putují jako mrak.“
Pokud dva ionty zlata proletí těsně kolem sebe bez přímé srážky, interagují spolu dva mraky fotonů. Tímto způsobem se v RHIC podařilo vytvořit více než 6 000 párů elektron-pozitron a proces popsat pomocí detektoru Solenoid Tracker. Ionty zlata byly urychleny až na 99,995 % rychlosti světla. Má jít o něco zásadně jiného, než když třeba vzniká pár elektron pozitron z „energie vakua“ – v experimentu se jedná o výsledek interakce „skutečných“ fotonů, nikoliv těch „virtuálních“. Jak uvádí průvodní tisková zpráva, vědci analyzovali vzorce úhlového rozložení každého elektronu (?) vzhledem k jeho partnerskému pozitronu. Tyto vzorce se liší u párů vzniklých interakcí skutečných fotonů a virtuálních fotonů. Autoři studie měřili také energie, rozložení hmotnosti a kvantová čísla systémů. I ta jsou v souladu s teoretickými výpočty pro děj, který proběhl se skutečnými fotony,
Dřívější experimenty se neúspěšně snažily vytvořit páry elektron-pozitron prostě srážkami svazků světla vytvořených silnými lasery, zde však fotony nemají dostatečnou energii. Úspěšné bylo pouze složitější uspořádání pokusu na SLAC National Accelerator Laboratory v roce 1997, kdy vědci nejprve zvýšili energii fotonů v jednom svazku srážkou se silným elektronovým svazkem. Hmota/antihmota pak vznikla při srážkách takto „posílených“ fotonů s dalšími fotony, vše navíc v prostředí silného elektromagnetického pole vytvořeného jiným laserem. Nový postup je mnohem jednodušší a vyžaduje pouze jeden krok.
V rámci experimentů na RHIC se podařilo potvrdit i dvojlom vakua, tedy to, že vakuum v silném magnetickém poli se při průchodu světla chová jako hranol. Tento jev předpověděli v roce 1936 Werner Heisenberg a Hans Heinrich Euler a v 50. letech podrobněji John Toll. Před 5 lety se objevila první pozorování tohoto jevu v okolí neutronových hvězd (viz také: První známky podivných kvantových vlastností prázdného prostoru?; šlo spíše o vysvětlení pozorování než o přímý důkaz jevu jako takového), nicméně nyní jde o první dvojlom vakua pozorovaný v pozemském experimentu (doslova dle tiskové zprávy „první pozemské experimentální pozorování, že polarizace ovlivňuje interakce světla s magnetickým polem ve vakuu“).
J. Adam et al, Measurement of e+e− Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.052302
Zdroj: Brookhaven National Laboratory / Phys.org
při urychlení toho iontu na rychlost světla by se sám iont přeměnil ve fotony adekvátní energie.