19.09.2018-16:00:00 | Marek Jurčík
Úplný nezmysel
Ku každej nabitej častici existuje antičastica. Od svojho náprotivku sa líši jedine presne opačným nábojom. Všetky ostatné parametre majú obe častice rovnaké. Príkladom antičastice je pozitrón. Disponuje rovnakým nábojom ako elektrón, len so znamienkom plus.1Antihmota predstavuje hmotu zloženú výhradne z antičastíc. Jej existenciu predpovedal britský fyzik Paul Dirac. V roku 1928 sformuloval rovnicu kombinujúcu kvantovú teóriu a špeciálnu teóriu relativity, aby opísal relativisticky sa pohybujúci elektrón, čiže taký, ktorý sa pohybuje rýchlosťou svetla alebo v silnom gravitačnom poli. Z jeho rovnice plynie, že známy zápis E=mc2 má riešenie aj pre zápornú energiu.
Tento zjavný nezmysel vedec interpretoval tým, že existuje látka s opačným nábojom ako má bežná hmota. Teóriu o štyri roky neskôr potvrdil americký fyzik Carl Anderson, ktorý ako prvý zachytil antičasticu. Konkrétne išlo o pozitrón pochádzajúci z kozmického žiarenia. Vďaka tomu Dirac v roku 1933 získal Nobelovu cenu za fyziku.
Pri vzájomnom kontakte antičastice s „bežnou“ časticou vzniká reakcia zvaná anihilácia. Obe v procese zanikajú a všetka ich hmota sa mení na energiu. Anihilácia predstavuje vôbec najúčinnejší známy spôsob získavania energie.
Problémy s antihmotou
Na druhej strane je anihilácia aj jedným z hlavných dôvodov, prečo antihmota nenahradila súčasné elektrárne. Veď ako skladovať látku reagujúcu s hmotou navôkol?Čiastočné riešenie problému umožňuje zariadenie nazývané Penningova pasca. Ide o vákuovú nádobu, ktorá pomocou silného elektromagnetického poľa drží antičastice v kmitavom pohybe. To zabraňuje kontaktu so stenami. Súčasné Penningove pasce ale nie sú práve najúčinnejšie. Jediný atóm antihmoty nedokážu udržať dlhšie ako 16 minút.
Náročná je aj produkcia antičastíc. Spotreba urýchľovačov zhruba miliardukrát presahuje potenciálny energetický výťažok z antihmoty. Ak by CERN používal všetky svoje zariadenia iba na tvorbu antihmoty, nevyprodukoval by viac ako 1 miliardtinu gramu ročne. Pri prepočte by výroba jedného gramu – množstva, aké sa objavilo vo filme Anjeli a démoni - trvala približne miliardu rokov.
Je ale potrebné zohľadniť skutočnosť, že efektivita urýchľovačov každým rokom rastie. Preto hoci v súčasnosti slúžia výhradne na vedecké účely, vedci nevylučujú, že v budúcnosti sa začnú stavať aj akési antičasticové továrne. Tie budú určené výhradne na produkciu antihmoty.
Prekonanie všetkých s tým spojených prekážok môže trvať aj niekoľko storočí, no aj tak pôjde o obrovský krok vpred. A to nie len pre energetiku. Bezpochyby výrazne pokročí napríklad kozmonautika. Vďaka vesmírnym plavidlám na antihmotu sa pilotované výpravy k iným planétam, ale aj mimo slnečnú sústavu, môžu stať realitou.2
Antisvety a iný pohľad na anihiláciu
Niektoré sci-fi príbehy opisujú planéty, hviezdy, ba aj celé galaxie zložené z antihmoty. Vďaka vlastnostiam antičastíc by takéto svety vyzerali rovnako ako zvyšok vesmíru. Pravdepodobne by na nich mohol vzniknúť aj život.Ich existencii by ale zabránila anihilácia. Švédsky fyzik a nositeľ Nobelovej ceny Hannes Alfvén však dokázal, že by nezmizli okamžite. Zobrazenie tejto reakcie (ako to už zvykne bývať) je totiž značne prikrášlené. V priebehu anihilácie vzniká charakteristické elektromagnetické žiarenie, ktoré oddeľuje antihmotu od bežnej hmoty. To ju výrazne spomaľuje. Rovnaký jav nastáva napríklad, keď kvapka vody spadne na plech nahriaty na určitú teplotu. Pred vyparením sa ešte niekoľko minút poskakuje. Vznikne totiž vrstva pary, ktorá ju nadnáša a oddeľuje od plechu. Ide o tzv. Leidenfrostov jav.3
Alfvén sa preto domnieval, že môžu existovať obrovské oblasti antihmoty. S najväčšou pravdepodobnosťou sa ale mýlil. Astronómovia totiž dodnes nikde vo vesmíre nezaznamenali stále žiarenie, ktoré by vznikalo pri anihilácii. Pozorujú iba záblesky produkované stopovými množstvami antihmoty.
Navyše podľa kozmologických hypotéz súčasný vesmír nemôže obsahovať veľké množstvo antihmoty, pretože tesne po veľkom tresku všetka reagovala s bežnou hmotou. Tej vzniklo, našťastie, z neznámych príčin o niečo viacej. Celý súčasný svet pozostáva zo zachovaného zvyšku.
Zaujímavosti o antihmote a jej objaviteľovi:
• Paul Dirac predstavoval veľmi kontroverznú osobnosť. Vynikal svojimi matematickými schopnosťami, no na druhej strane trpel nedostatkom spoločenských schopností. Bol veľmi plachý a nedokázal viesť neviazaný rozhovor. Ak vôbec odpovedal na otázky, zvyčajne povedal len „áno“ alebo „nie.“• Psychológovia tvrdia, že vedec zrejme trpel Aspergerovým syndrómom, ktorý má viacero spoločných čŕt s autizmom.
• Dôsledkom tejto vady Diracovi študenti zvykli vtipkovať, že ak by existovala jednotka mlčanlivosti, volala by sa Dirac, pričom 1 Dirac predstavoval maximálnu hodnotu.
• Svetový rekord v dĺžke skladovania antihmoty drží CERN. Vedci v Penningovej pasci udržali jeden antiprotón po dobu 57 dní.
• Prvú antičasticu, konkrétne antiprotón, vyrobil urýchľovač v Berkley v roku 1955.
• Ak by všetka doposiaľ vyprodukovaná antihmota anihilovala naraz, uvoľnená energia by nestačila ani na uvarenie šálky čaju.
• Z tela človek s hmotnosťou 80 kg sa každú hodinu uvoľní okolo 180 pozitrónov. Vznikajú pri rozpade izotopu draslíka, draslík-40, ktorý sa prirodzene vyskytuje v pitnej vode a niektorých potravinách, napríklad v banánoch.
Poznámky:
1 Náboj elektrónu = -1,602 x 10-19 C2 Viac o antihmotovom a ďalších alternatívnych pohonoch sa dočítate na tomto mieste.
3 Viac o Leidenfrostovom jave sa dočítate na tomto mieste.
Zdroje:
1. https://home.cern/topics/antimatter2. https://www.symmetrymagazine.org/article/april-2015/ten-things-you-might-not-know-about-antimatter
3. http://angelsanddemons.web.cern.ch/antimatter/trapping-antimatter
4. http://angelsanddemons.web.cern.ch/antimatter/making-antimatter
5. Michio Kaku - Fyzika nemožného, Argo, Dokořán (2010)
6. Petr Kulhánek - O věcech neobyčejně obyčejných (prednáška)
Titulný obrázok: www.pixabay.com
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás
Zdieľajte článok
Tweet
