Vědci představili revoluční past na antihmotu, která by mohla odemknout „Svatý grál“ fyziky mimo CERN

Fyzici se po desetiletí snaží spojit stavební kameny antihmoty a pozorovat jejich stabilní formování. Částice potřebné k tomuto cíli, jako jsou antiprotony a pozitrony, se však chovají natolik odlišně, že je téměř nemožné je uvěznit na stejném místě.

Fyzici se po desetiletí snaží spojit stavební kameny antihmoty a pozorovat jejich stabilní formování. Částice potřebné k tomuto cíli, jako jsou antiprotony a pozitrony, se však chovají natolik odlišně, že je téměř nemožné je uvěznit na stejném místě. Tým výzkumníků nyní představil nový typ radiofrekvenční pasti, která dokáže manipulovat s částicemi s výrazně odlišnými potřebami. V počátečních testech zařízení úspěšně zachytilo elektrony nebo ionty vápníku – náhražky pozitronů a antiprotonů – ve stejném uspořádání.

Tento zdánlivě drobný pokrok řeší zásadní překážku ve výzkumu antihmoty. Pokud vědci dokážou společně uvěznit oba typy částic, mohli by sestavit antihmotný vodík mimo velká zařízení, jako je CERN. To by otevřelo experimenty s antihmotou laboratořím po celém světě. Antihmotný vodík je podle Hendrika Bekkera, jednoho z výzkumníků a vedoucího vědeckého pracovníka Helmholtzova institutu Mainz, „Svatým grálem“ výzkumu antihmoty. Jeho jedinečně jednoduchá struktura – jen jeden antiproton a jeden pozitron – umožňuje jeho relativně snadnou generaci ve srovnání s jinými formami antihmoty. Je ideální pro testování fyzikálních zákonů, například proč vesmír upřednostňuje hmotu před antihmotou.

Nově vyvinutá past je přepracovaná Paulova past, základní nástroj moderní fyziky, která využívá oscilující elektrická pole k udržení nabitých částic. Tradiční Paulovy pasti však obvykle fungují na jedné frekvenci, což je nepoužitelné, pokud potřebujete uvěznit dva typy částic, které se chovají velmi odlišně. Lehké částice, jako jsou pozitrony (nebo elektrony, v tomto experimentu), vyžadují extrémně rychlé oscilace (gigahertzové frekvence), aby zůstaly uvězněny. Těžší částice, jako jsou antiprotony (nebo ionty vápníku), preferují mnohem pomalejší megahertzová pole. Vědci vyřešili tento problém tím, že do jednoho zařízení zabudovali obě frekvence.

Jejich design skládá tři desky plošných spojů s keramickými distančními vložkami. Střední vrstva obsahuje rezonátor s koplanárním vlnovodem, speciální strukturu, která produkuje vysokofrekvenční (GHz) pole potřebné k uvěznění elektronů. Horní a dolní vrstva obsahují elektrody, které generují nízkofrekvenční (MHz) pole pro ionty. Pro testování nastavení vědci nejprve vytvořili nabité částice z neutrálních atomů vápníku pomocí dvoustupňového laserového procesu. Tyto částice byly poté přivedeny do pasti a udržovány po dobu od milisekund do několika sekund, než byly uvolněny a detekovány.

Testy ukázaly, že desítky elektronů nebo iontů mohou být uvězněny po dobu až deseti milisekund, přičemž malá část zůstala uvězněna i po stovkách milisekund. Nicméně udržet je pohromadě zůstává skutečnou výzvou. Elektrony se například ukázaly být extrémně citlivé na nízkofrekvenční pole používané pro ionty – pokud se toto pole příliš zvýší, elektrony uniknou. Ionty se mezitím o vysokofrekvenční pole vůbec nestaraly. Tato nerovnováha je jednou z hlavních překážek, které stále přetrvávají. Existují také inženýrské problémy, jako jsou drobné nedokonalosti, včetně drsnosti povrchu, mírných nesouosostí a bludných elektrických nábojů, které mohou past destabilizovat.