Že jde ze světla vytvořit hmotu a hmota má tak možnost se nerozkládat, ale opět se přetvořit na světlo ?

Že jde ze světla vytvořit hmotu a hmota má tak možnost se nerozkládat, ale opět se přetvořit na světlo ? 

Hmota ze světla? Zní to jako rozverná fantazie z odvázané alchymistické zkazky. Jenže nejsme na pitce v rudolfínské Praze a nejde o silně podroušené alchymisty. Ve skutečnosti jde o velezajímavý problém částicové fyziky, který po desetiletích bezradného mudrování najednou spěje k optimistickému konci. Fyzika je dneska podle všeho odvázanější, než kdy byli alchymisté a teď tu máme poměrně realistický recept, jak doopravdy vyrobit hmotu ze záření. Císař Rudolf II. by byl dozajista u vytržení.

Gregory Breit. Kredit: Karol Langner, Wikimedia Commons.

Na fyzikálních večírcích se vypráví, že teorii o vyrobení hmoty ze světla navrhli v roce 1934 američtí fyzici Gregory Breit a John Wheeler. Je úplně prostinká a představuje nejjednodušší recept na výrobu hmoty ze světla, který se zatím objevil. Podle Breita s Wheelerem stačí správně srazit dva fotony, čili dvě entity záření a ze srážky by měl vzniknout elektron a pozitron, čili vlastně hmota a antihmota. Jejich výpočty byly shledány teoreticky v pořádku, ale samotní Breit a Wheeler nevěřili, že bych jejich extravagantní teorii někdy někdo experimentálně ověřil. A skutečně, zatím se to nikomu nepovedlo a odborníci se vždy domnívali, že to vyžaduje extrémně energetické částice, které nejsou k dispozici. Jenže částicová fyzika nikdy nespí.

Přehled interakcí záření a hmoty. Kredit: Oliver Pike/ Imperial College London.

Jednoho dne, po několika šálcích kávy, v malé kanceláři Blackettovy fyzikální laboratoře Královské univerzity v Londýně, novodobí teoretičtí fyzici vymysleli relativně jednoduchý způsob, jak hmotu ze záření podle Breita a Wheelera skutečně experimentálně vyrobit. Jestli sledujete seriál Teorie velkého třesku, tak si nejspíš představíte, jak to asi mohlo vypadat. Každopádně, Oliver Pike a jeho kolegové v časopisu Nature Photonics navrhli nový typ experimentu fyziky vysokých energií, který by využíval soudobé technologie a fungoval by jako srážeč fotonů (photon-photon collider). Napodoboval by situaci během prvních 100 sekund existence našeho vesmíru a podle všeho také poměry při monumentálních záblescích gama, které dodnes občas skrápějí širý vesmír.

John Wheeler. Kredit: GFHund, Wikimedia Commons.

Jak už to chodí, Pike a spol. původně pracovali na něčem úplně jiném. Řešili jakési problémy kolem fúzní energie a najednou zjistili, že s tím, co mají v ruce, mohou vyřešit letitou mysteriózní záhadu s výrobou hmoty ze světla. Vědce to podle všeho šokovalo, už jsou ale, zdá se, z nejhoršího venku. Teď prý jako teoretici hledají někoho, kdo jim navržený experiment postaví, zprovozní a srazí na něm fotony. Jejich srážeč fotonů by měl přitom zahrnovat dvě zásadní procedury. Jednak by měl mít extrémně výkonný laser, jehož zášlehy urychlí elektrony téměř na rychlost světla. Rozběsněné elektrony pak vystřelí do zlaté destičky, čímž vytvoří svazek fotonů, miliardkrát energetičtějších, než viditelné světlo.

Hohlraum z Národního zážehového zařízení (NIF). Kredit: LLNL, Wikimedia Commons.

Druhá fáze využívá drobnou nádobku ze zlata zvanou hohlraum, známou z výzkumu fúzní energie. Obsluha experimentu vstřelí dovnitř hohlraumu paprsek vysokoenergetického laseru a tím ho zahřeje tak šíleně, že září podobně jako hvězdy. Nakonec by experimentátoři měli navést svazek fotonů z první fáze do středu oslnivě rozzářeného hohlraumu a v tu chvíli by mělo dojít ke srážce fotonů z obou zdrojů a k zázračnému stvoření hmoty, tedy elektronů a pozitronů. Vědci by v takovém případě měli být schopni takové částice detekovat, když budou vylétat z hohlraumu ven. Teď se můžeme jen těšit, až se tohle někomu povede.

Literatura

Imperial College London News 15. 5. 2014, Nature Photonic online 18. 5. 2014.