Sciencemag.cz
Doporučujeme
V exotických variantách atomů zkoušíme nejčastěji elektron nahradit mionem nebo antiprotonem. Nyní vědci zkusili použít i záporně nabitý pion (mezon pi-).
Masaki Hori s kolegy z Ústavu Maxe Planka pro kvantovou optiku v německé Garchingu připravili obdobu helia (4He) s pionen namísto jednoho elektronu až po osmiletém úsilí. V pionickém heliu dokázal pion vydržet 1000krát déle než normálně, za jiných známých podmínek (poznámka. celý atom tedy stejně existoval jen v řádu nanosekund, tedy titěrně krátce).
Pion pi– se skládá z kvarku d a antikvarku u (jde o mezon, na rozdíl třeba od protonu a neutronu složených ze tří kvarků). Jeho záporný náboj je stejný jako u elektronu. Piony patří mezi bosony s celočíselným spinem a fungují jako zprostředkovatelé silné interakce. Existence pionických atomů byla předpovězena už v roce 1964, ale experimentální příprava se ukázala krajně náročná. Mj. bylo třeba využít i zařízení z CERNu. Příprava se podařila nakonec v nádrži ultrachladného supratekutého helia, pion se v atomu choval jako velmi těžký elektron (podobně tedy jako antiproton a mion), přičemž měl k dispozici různé kvantové stavy lišící se svou energií (poznámka PH: jakou roli zde hraje, že jde o boson a neplatí pro něj Fermiho vylučovací princip? Byl by problém s atomem s více piony místo elektronů?). Nakonec při experimentu pion excitovaný laserem přeskočil do jádra a to bylo zničeno – detekovat se v podstatě podařilo až trosky původní částice a z fragmentů určit, že zde skutečně existovalo cosi jako Pi-He+.
K čemu to všechno? Podle autorů studie mj. k tomu, aby se na takto relativně stabilní částici dalo provést měření pomocí laserové spektroskopie a přesněji stanovit vlastnosti samotných pionů včetně jejich hmotnosti.
Masaki Hori et al. Laser spectroscopy of pionic helium atoms, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2240-x
Zdroj: Max Planck Society/Phys.org a další
Poznámka: O mionových verzí atomů se spekuluje v souvislosti s termojadernou fúzí. Těžší mion je blíže jádru než elektron, takže jádra fúzujících atomů by mohla jít snáz dostat k sobě.
Viz také: Kouzla s antihmotou: Atomy helia, ale s antiprotonem
