Sciencemag.cz
Doporučujeme
Pozitronium je exotický „atom“ složený z jednoho záporného elektronu a kladně nabitého pozitronu antihmoty. Jeho životnost je přirozeně velmi krátká, ale vědci v rámci studia antihmoty nyní úspěšně ochladili a zpomalili vzorky pozitronia pomocí pečlivě vyladěných laserů.
Protože pozitron a elektron mají stejnou hmotnost, systém nemá podobu jádra, kolem něhož by obíhala lehčí částice, ale elektron a pozitron obíhají kolem společného těžiště. Protože je pozitron soustavou dvou těles (tím se myslí elementárních částic, zatímco proton ve vodíku se navíc skládá z kvarků), lze jej zcela popsat tradičními matematickými a fyzikálními teoriemi, což je ideální pro testování předpovědí s mimořádnou přesností.
„Pozitronium je jedním z mála atomů složených výhradně ze dvou elementárních částic, což umožňuje takto přesné výpočty. Myšlenka ochlazení pozitronia se objevuje už asi 30 let…“, uvádí spoluautor výzkumu Kosuke Yoshioka z Tokijské univerzity, nicméně realizovat se podařila až nyní.
Vědci museli při pokusu o ochlazení pozitronia překonat několik obtíží. Zaprvé je tu problém jeho krátké životnosti: jedna desetimiliontina sekundy. Za druhé je to jeho extrémně malá hmotnost. Protože je tak lehké, nelze k ochlazení pozitronia použít chladný povrch nebo jinou látku; tým tudíž nasadil lasery. Slabý a přesně vyladěný laser jemně tlačí na atom pozitronia v opačném směru, než se pohybuje, čímž ho zpomaluje a ochlazuje.
Při opakovaném postupu, který trvá pouhou jednu desetimiliontinu sekundy, se části plynného pozitronia ochladí na přibližně 1 K. Vzhledem k tomu, že před ochlazením má plynné pozitronium teplotu 327 stupňů Celsia, jedná se o ochlazování opravdu bleskové.
Tyto postupy by měly přispět k experimentům, při nichž se zkoumá účinek gravitace na antihmotu (s tím, že pokud by se zde objevila nějaká byť minimální asymetrie vůči normální hmotě, mohlo by to vysvětlit, proč kolem sebe pozorujeme hmotu a ne antihmotu, respektive obě ve srovnatelném poměru).
Kosuke Yoshioka, Cooling positronium to ultralow velocities with a chirped laser pulse train, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07912-0. www.nature.com/articles/s41586-024-07912-0
Zdroj: University of Tokyo / Phys.org
Poznámka PH: Pozitronium na Wikipedia.cz
Zde se též používá označení exotický atom, protože (subjektivně kupodivu, protože výše popsané uspořádání s oběhem kolem společného těžiště bych tak nenazýval) „orbitaly těchto dvou částic a složení energetických hladin jsou podobné jako v atomu vodíku složeného z elektronu a protonu“.
Přízračná zelená záře pochází ze zesílení laserového světla použitého k ochlazení pozitronia. Kredit: 2024 Yoshioka et al. CC-BY-ND
