Konečně antivodík.

"Půvab většiny průlomových experimentů spočívá v neobvyklém a zároveň elegantním spojení dobře známých principů"

V čísle 2 letošního ročníku časopisu Kozmos bylo několik článků věnováno první produkci antivodíku uskutečněné v mezinárodní laboratoři CERN. Vzhledem k tomu, že se jednalo o kompilaci převážně z novinových a populárních článků, vloudilo se tam několik nepřesností a navíc se podle mého názoru trochu vytratila podstata a hlavní kouzlo celého experimentu.

Jednotlivé stavební komponenty, ze kterých se antivodík skládá, známe už desetiletí. Antiprotony, pozitrony (antielektrony) a další antičástice jsou produkovány na současných urychlovačích ve světě ve značném množství. Zdálo by se, že tedy stačí sestavit z vytvořených antiprotonů a pozitronů antivodíky. To však vůbec není jednoduché. Základním problémem je, že antiproton a pozitron musí být velmi blízko u sebe a jejich vzájemná rychlost musí být nepatrná. Jen tehdy je antiproton schopen pozitron zachytit a udržet. A teprve pak vzniká neutrální antivodík.

Pozitrony a hlavně antiprotony jsou produkovány hlavně při srážkách jader s vysokou energií a zajistit pro ně podmínku stejného místa a malé vzájemné rychlosti je obtížné. Právě to byl důvod, proč se produkce antivodíku podařila až nyní. Hlavní půvab experimentu v CERNu spočívá v tom jaké řešení bylo nalezeno. Fyzikové si totiž uvědomili důležitost slůvka "vzájemná" rychlost. Není totiž potřeba získat antiprotony a pozitrony, které jsou v laboratoři v klidu, ale mohou se pohybovat i rychlostí blízkou rychlosti světla (s jejich produkcí není problém). Důležité je aby jejich rychlosti byly téměř totožné. Toho lze docílit nejlépe, jestliže samotný antiproton si vyprodukuje příslušný pozitron. Tím se řeší i problém stejného místa. V produkci pozitronu pomůže antiprotonu v částicové fyzice velmi dobře známý jev, kdy nabitá částice letící velmi rychle elektrickým polem produkuje pár elektron a pozitron (částice a antičástice). Antiproton (má záporný náboj) odpuzuje elektron (záporný náboj) a přitahuje pozitron (kladný náboj). V ideálním případě je pak pozitron zachycen a vzniká antivodík. Jako zdroj elektrického pole se využil atom xenonu. Xenon byl vybrán proto, že se jedná o nejtěžší stabilní inertní plyn. Jeho jádro má tedy velký náboj, který vytváří dostatečně silné elektrické pole. Zároveň je díky úplnému zaplnění jeho atomových slupek velmi stabilní vůči ztrátě elektronů z atomového obalu, což je důležité pro snížení znečištění nežádoucími elektrony a nežádoucího pozadí. Z popsaného je vidět, že použití pojmu srážka antiprotonu s atomem xenonu, který se v článcích v Kozmosu vyskytoval je zavádějící (i když terminologicky správné). Antiproton musí proletět elektrickým polem jádra xenonu, aby mohl vytvořit elektron pozitronový pár, ale nesmí se s ním "srazit", jinak by byl zničen. Je to něco podobného jako když bychom při popisu využití gravitačního pole Slunce pro urychlení mezihvězdné sondy napsali, že mezihvězdná sonda se srazila se Sluneční soustavou a tím bylo dosaženo rychlosti potřebné pro její další cestu.

Pak už je třeba antivodík jen oddělit a identifikovat. Antivodík je celkově elektricky neutrální a proto nepokračuje ve své cestě magnetickým polem urychlovače LEAR jako samotné antiprotony, které jsou záporně nabité. Vydělí se po svém vzniku z oblaku antiprotonů a letí přímo do detekční aparatury. Aby mohl být identifikován, musí být nejdříve rozbit na jednotlivé složky a samotný antiproton a pozitron se pak detekují klasickými metodami.

Jak je vidět, je celý experiment postaven na jevech a metodách již dlouho dobře známých. Použitá měřící zařízení nejsou také příliš nová. Zcela nové je však jejich zkombinování. A právě na takové geniální spojení známých postupů se přicházívá nejlépe při volné diskusi v bufetu, jak popisuje v přetištěném rozhovoru W. Oelrt.

 Půvab tohoto způsobu "výroby" antivodíku je i jeho hlavní slabinou při úvahách o masové produkci. Pravděpodobnost, že vznikne pár elektron pozitron při průletu antiprotonu elektrickým polem jádra, je velmi malá a velmi malá je i pravděpodobnost, že bude mít vzniklý pozitron parametry vhodné k jeho zachycení antiprotonem. Zároveň má pak vzniklý antivodík značnou rychlost vůči laboratoři, což ztěžuje jeho dlouhodobější uchování. Pro produkci většího množství antihmoty bude tedy třeba vymyslet novou kombinaci známých jevů, nebo něco zcela nového. Totéž se týká i případného přidání antineutronu a vytváření těžších jader. Navíc je otázkou jestli nebude případné palivo pro anihilační motory výhodnější vyrábět a skladovat ve formě nabitých antiprotonů než neutrálních antivodíků. Pro separaci antihmoty a hmoty bude totiž asi nejvýhodnější použít magnetická a elektrická pole. Podle mého názoru bude tedy budoucí masová výroba antihmoty vypadat úplně jinak, ale v každém případě se jedná o příklad krásného experimentu se značným dopadem na rozvoj lidského poznání.

Vladimír Wagner, Řež, květen 1996

 


Zpet