Zrcadlové vesmíry mohou být stejné jako ten náš

Jaký je rozdíl mezi hmotou a antihmotou? Žádný podstatný, zjistila nová studie. Na zařízení RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhavenské Národní laboratoři v USA se vzniklé antiprotony při setkání s dalšími antiprotony chovaly naprosto stejně, jako se chovají „normální“ protony vůči ostatním protonům. Dostanou-li se antiprotony dostatečně blízko sebe (na vzdálenost tzv. silné interakce), přitáhnou se a můžou pomocí této silné jaderné interakce tvořit atomová jádra. Antiprotony a antielektrony (pozitrony) jsou naprosto stejné jako protony a elektrony, pouze mají opačný elektrický náboj. Když se však setká hmota s antihmotou, pak spolu anihilují, to znamená, že se beze zbytku přemění na energii ve formě záření gama (gama částice je vlastně foton s velmi vysokou energií a fotony jsou antičásticemi samy k sobě). Jedna z největších záhad vesmíru je, proč obsahuje převážnou většinu hmoty a jen minimum antihmoty.

Většina teorií raného vesmíru předpokládá, že na počátku by mělo vzniknout stejné množství hmoty a antihmoty (před 13,5 miliardami let při Velkém třesku). Kdyby tomu tak bylo, náš svět by neexistoval, vesmír by vyplňovalo jen záření po anihilaci. Z neznámých důvodů ale někde muselo zůstat malé množství hmoty, ze které se vytvořil posléze celý náš vesmír tak, jak ho známe dnes.

„Je to předmětem našeho výzkumu,“ řekl Aihong Tang, fyzik z Brookhavenu, který pracuje na novém experimentu.  „Pokud by antiprotony reagovaly odlišně, mohl by to být faktor, který by mohl mnohé vysvětlit.“ Na urychlovači RHIC vyrábějí antičástice a sledují, jak interagují s okolím. Zároveň astronomové hledají ve vesmíru oblasti, které by mohly být tvořené antihmotou. Pokud existují, pak by na jejich hranicích s normální hmotou vznikalo silné gama záření. Dosavadní hledání pomocí Chandra X-ray Observatory a Compton Gamma Ray Observatory NASA nejspíš tuto teorii vylučuje. Podle tzv CP symetrie (charge-parity) se antihmota chová stejně jako hmota. Pokusy na RHIC ukazují, že k žádnému narušení CP symetrie nedochází. Narušení symetrie se zatím prokázalo jen u exotičtějších částic – kaonů nebo B-mesonů. To ale dostatečně nevysvětluje, proč je náš vesmír většinově ze hmoty.

Pokus

Ke sledování interakce antiprotonů stříleli experimentátoři proti sobě jádra zlata maximální dosažitelnou energií. Při srážce se jádra mění ve spršku subatomárních částic, mezi kterými jsou i páry antiprotonů. Obyčejné protony se kvůli shodnému elektrickému náboji odpuzují. Jsou-li však dostatečně blízko, přitahují se spolu silnou jadernou interakcí. Ta převáží elektrostatickou sílu a spojí je dohromady do stabilního útvaru (který může sloužit jako jádro atomu).

Pozorování protonových i antiprotonových párů bylo v souladu s očekáváním. „Vytvořili jsme antihelium-2,“ řekl Tang. Obyčejné helium neboli helium-4 je tvořeno dvěma protony a dvěma neutrony, zatímco helium-2 má v jádře jen dva protony a žádný neutron. Obě varianty, helium-2 i antihelium-2 jsou nestabilní a rychle se rozpadají. I tak však existují dostatečně dlouho na to, aby vědci zjistili, jak interagují antiprotony. Experiment potvrdil, že spolu reagují úplně stejně jako protony. Ověřil tedy CPT symetrii (charge-parity-time), rozšíření teorie CP. (Při CPT symetrii současně zaměníme částice za antičástice tak, že zaměníme náboje i parity za jejich zrcadlové obrazy a obrátíme směr toku času.) Fyzikální zákony a tedy i probíhající děje zůstanou stejné, jinými slovy „zrcadlový vesmír“ bude stejný jako náš.

Antiprotony anihilují okamžitě, jakmile potkají něco z obyčejné hmoty. Většinou zasáhnou stěnu zřízení, ve kterém vznikly, a ve zlomku vteřiny se spolu s odpovídajícími protony ze stěny se změní v gama záření. Tang říká: „Prostě jsme jen ověřili teorii CPT z jiného úhlu.“

Velcí fyzici už to možná věděli

Feymann již před více než 40 lety prokázal, že matematicky je antihmota totéž jako hmota cestující v čase opačným směrem (její budoucnost je naší minulostí a naopak), rovněž Einsteinova teorie relativity zachází s časem jako s další dimenzí. Laik by si tedy mohl představit elegantní řešení problému vesmíru: jeho časoprostorová struktura je tvořena dvěma kužely spojenými ve společném hrotu, kde centrální osou je čas (časová dimenze) a společným hrotem Velký Třesk. CPT znázorňuje přesnou symetrii přírody. Antihmota neanihilovala okamžitě po Velkém Třesku prostě proto, že nebyla na stejném místě – její čas byl jiný, antihmota je tedy v „paralelním vesmíru“ jehož směr času je opačný než ten náš. To by vysvětlovalo, proč všude vidíme jen hmotu a s antihmotou se setkáváme jen při některých typech radioaktivního rozpadu nebo v experimentech na urychlovačích, kde se tvoří páry hmota-antihmota. A symetrie, která je jádrem moderní fyziky, byla již mnohokrát ověřena.

(Podle http://www.livescience.com/52720-antimatter-matter-protons-behave-the-same.html?cmpid=NL_LLM_weekly_2015-11-06)