Pixabay License. Volné pro komerční užití

Interakcí těžkých iontů vytvořili páry elektron-pozitron

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

Hydridy ceru předčí v supravodivosti ty lanthanové

Vědci z moskevského Skoltechu a jejich kolegové z Číny experimentálně prokázali supravodivost v hydridech ceru …

One comment

  1. při urychlení toho iontu na rychlost světla by se sám iont přeměnil ve fotony adekvátní energie.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close