Antihmota

Antihmota je druh hmoty, který je složen z antičástic k běžným částicím, tzn. například antiprotonů a pozitronů místo protonů a elektronů a antineutronů místo neutronů. Projevy antihmoty lze studovat ve vesmíru nebo ve specializovaných experimentech.

[editovat] Historie

Existenci antihmoty předpověděl v roce 1928 britský fyzik Paul Dirac. Brzy poté (v roce 1932) Američan Carl David Anderson antihmotu skutečně objevil ve srážkách vysokoenergetických částic kosmického záření. Pokud víme, žádná volná antihmota dnes ve vesmíru neexistuje. Věříme však, že těsně po velkém třesku, kdy vesmír vznikl, hmota a antihmota existovaly v rovnováze, tedy že bylo stejně antihmoty, jako hmoty. Co se s antihmotou stalo je hádankou, která také čeká na konečné vyřešení. Dnešní popis částic hmoty a částic - nosičů síly se nazývá standardní model; tento model není bez slabin a ačkoli už po více než 20 let úspěšně prochází všemi experimentálními testy, není standardní model úplným popisem přírody.

[editovat] Vlastnosti

Antihmota má opačný elektrický náboj než běžná hmota, ale má stejný spin a hmotnost a její chování (např. vůči gravitaci) je stejné jako u běžné hmoty. Jinými slovy: Všechna vnitřní kvantová čísla jsou u antičástic opačná než u částic. To ovšem neznamená, že je antihmota s hmotou vyjma „opačných znamének“ identická. Ve skutečnosti se antihmota v mnoha případech chová od hmoty odlišně. Např. při anihilaci je mezi potomky reakcí vždy oněco více hmoty, než antihmoty. Hovoříme o porušení symetrií.

Foton, intermediální částice elektromagnetické interakce, je zároveň i svou antičásticí. Při setkání hmoty s antihmotou nastává anihilace, při které obě formy hmoty zaniknou a přemění se na jiné formy energie (polní částice).

Při anihilaci elektronu a pozitronu dojde k uvolnění jejich klidové energie. Jednalo by se o nejúčinější metodu získávání energie, kdyby se tato během anihilace neuvolnila ve formě jen těžko využitelného záření γ. Energie vzniklých fotonů je dána rovnicí E=mc².

Tedy při setkání elektronu s pozitronem vznikají 2 fotony o energii přibližně 0,51 MeV + neutrino (zbytek hmoty, která se nepřemění na energii fotonu). Při anihilaci těžších fermionů vznikají navíc další částice, např. mezony.

[editovat] Vznik a výskyt

Antičástice vznikají v přírodě běžně materializací kosmického záření (např. při vzájemných kolizích s hmotou). Mají však zpravidla krátkou životnost, neboť rychle anihilují s ostatní ve vesmíru běžnou hmotou. Hvězdy, galaxie, ani jiné objekty tvořené z antihmoty zatím nebyly pozorovány. Anihilace hmoty s antihmotou je považována za jednu z možných příčin vzniku záblesků gama záření (GRB). V počátečních stádiích Velkého třesku vznikala velká množství hmoty i antihmoty. Nicméně veškerá vzniklá antihmota anihilovala s většinovou částí hmoty. Vědci dodnes neumí přesně vysvětlit, proč tehdy došlo k nesymetrii při interakcích hmoty s antihmotou a proč převážila hmota. Díky této nesymetrii se zřejmě ve vesmíru nachází pouze hmota. Antihmotu je možné vyrobit i uměle v urychlovačích částic. V urychlovači CERN v Ženevě a ve Fermiho laboratoři v Chicagu se podařilo z antičástic vytvořit atomy antivodíku. V jejich jádrech jsou záporné antiprotony, které jsou obíhány kladně nabitými pozitrony.

[editovat] Význam

Při současných znalostech lidstva ji bohužel nelze využít jako nejúčinnější ze známých zdrojů energie, i když při reakci s hmotou uvolňuje energii se stoprocentní účinností (jaderné štěpení je účinné pouze na 1,5 %). Je to dáno naprosto zanedbatelnou účinností lidstvu doposud známé metody výroby antihmoty v laboratorních zařízeních typu FERMILAB/CERN. Antihmotu je možné uchovávat v tzv. Penningově pasti, která ve vakuu udržuje elektricky nabité částice v soustavě magnetických polí v bezpečné vzdálenosti od standardní hmoty. Takto lze ovšem uchovávat pouze samostatně antiprotony, anebo pozitrony. Uchování kompletně sestavené antihmoty (jádro s obalem) není tímto způsobem díky její celkové elektrické neutralitě možné. Další zajímavostí je, že na rozdíl od hmoty mají atomy antihmoty částice kladně nabité v obalu a částice záporně nabité v jádru. Můžeme vytvořit protiklad na jakýkoliv prvek, na jakoukoliv látku, z antihmoty by klidně mohl být celý vesmír! Problémem antihmoty je, že může zreagovat s hmotou, což může mít fatální následky. Navíc je velmi těžké antihmotu udržovat v chodu.

[editovat] Použití

Reakce antihmoty a hmoty má praktické využití ve zobrazovací technice v medicíně, v zařízení zvaném PET (positron emission tomography). Během pozitivního beta-rozpadu ztrácejí nuklidy přebytek pozitivního náboje vyzářením pozitronů (protony se stávájí neutrony a neutrony jsou vylučovány). Nuklidy s pozitivním nábojem jsou snadno vyrobitelné v cyklotronu a jsou převážně vyráběny pro medicínské účely.