Zajímavé problémy současné fyziky a spolupráce FJFI na nich.

1. Zajímavé problémy současné fyziky a spolupráce FJFI na nich. ANTIHMOTA Šaur Miroslav

2. Obsah prezentace • Základní údaje o antihmotě • Způsoby výroby antihmoty • Hlavní experimenty

3. Základní informace o antihmotě I • Antičástice má stejnou hmotnost, spinové číslo, dobu života a izospin, avšak její náboj a magnetický moment jsou opačné • Každá částice má svůj anti-protějšek, výjimku tvoří foton a graviton – jsou sdruženy sami k sobě • Některé částice mají vlastní, speciální název: elektron – pozitron • Většina částic se však označuje předponou "anti" a vlnovkou "~" nad symbolem částice

4. Základní informace o antihmotě II • Pozitron Poprvé predikována Paulem Diracem který předpověděl existenci pozitronu(1931), který byl v roce 1932 pozorován C. D. Andersonem(v roce 1936 objevuje i mion) Diracova rovnice: • m – klidová hmotnost částice (relativistický invariant) • c – rychlost světla • h – redukovaná Planckova konstanta • γμ – Diracovy γ matice • σ - parciální derivace

5. Základní informace o antihmotě IIIAnihilace I Dochází při setkání částice s její odpovídající anti-částicí Při tomto jevu dochází k přeměně původních částic na nosiče elementárních vazbových sil které odnášejí vzniklou energii NEDOCHÁZÍ TEDY K ČISTÉMU „ZNIČENÍ“ PŮVODNÍCH ČÁSTIC Příklad: Při reakci elektronu a pozitronu vznikají dva fotony každý o energii 0.5MeV

6. Základní informace o antihmotě IVAnihilace II • Zároveň dochází k zachování základních zákonů fyziky – k zákonu zachování energie • Jedná se však o absolutní energii dané částice • S čím vyšší energií částice do reakce vstupují, tím „exotičtější“ částice jsou produktem – například páry lepton-antilepton, pár kvark-antikvark, …

7. Hlavní metody výroby antihmoty IZákladní částice Výroba základní anti-částic je relativně jednoduchá Pozitrony vznikají rozkladem zářené beta, tudíž lze najít pouze vhodný radioaktivní izotop Anti-protony se produkují srážkami protonů s velmi těžkými jádry při rychlostech blízkých rychlosti světla

8. Hlavní metody výroby antihmoty IIVýroba anti-vodíku • Anti-vodík je základním prvkem používaným pro experimenty • První jeho syntetizace se povedla v roce 1996 • Hlavní postup je zpomalení anti-protonů a pozitronů natolik, aby se mezi nimi mohli vytvořit vazebné síly a tak došlo k vytvoření atomu anti-vodíku • Ke zpomalení dochází v přístroji zvaném „zpomalovač“ – opak urychlovače • Částice jsou zpomalovány do teplot blízkých absolutní nule

9. Hlavní experimenty • ALPHA "Antihydrogen Laser PHysics Apparatus„ • ASACUSA " Atomic Spectroscopy and Collisions using Slow Antiprotons„ • ATRAP "Cold Antihydrogen for Precise Laser Spectroscopy„ • AEGIS „Antihydrogen experiment gravity interferometry spectroscopy “

10. Hlavní experimentySpolečné cíle • Všechny výše popsané experimenty s antihmotou mají stejný základní cíl – experimentálně ověřit proč došlo k porušení CP-symetrie, potažmo CPT-teorému

11. Hlavní experimentyALHPA a ATRAP • Hlavním cílem projektu je pomocí spektrografických metod zjistit zda vodík a anti-vodík mají stejné vlastnosti • Anti-vodík je používán z důvodu že se jedná o nejjednodušší anti-prvek

12. Hlavní experimentyALHPA a ATRAP • Anti-protony a positrony jsou vpuštěny do „pasti“, kde dochází k jejich reakci • Celý experiment se opakuje v 100s intervalech

13. Hlavní experimenty ASACUSA • Hlavní metodou projektu ASACUSA je spektrografické měření vlastností anti-protonového hélia • Anti-protonové hélium je běžný atom hélia kde jeden z elektronů je nahrazen anti-protonem • Výroba tohoto atomu je vcelku jednoduchá, stačí „pouze“ nasměrovat anti-proton a atom hélia na sebe, anti-proton nahradí elektron • U většiny prvků by došlo k okamžitému pádu anti-elektronu do jádra, hélium je však vyjímkou • V 3% případů anti-protonové hélium má životnost až několik milióntin sekundy

14. Hlavní experimentyAEGIS • Hlavním cílem projektu AEGIS je změření gravitačního zrychlení na antivodík • Bude tak zjištěno, zda antihmota reaguje s gravitačním polem stejně jako klasická hmota a tak se chová dle CP-symetrie • Na tomto projektu spolupracuje skupina pod vedením RNDR. Vojtěcha Petráčeka, CSc.

15. Možnosti využití antihmoty • V současné době se využívá v Pozitronové emisní tomografie • Možnosti využívání antihmoty jako zdroje energie jsou v současné době nemožné • Stejně tak možnosti pro vojenské využití

16. Zdroje • http://public.web.cern.ch/public/ • http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/factory/AM-factory00.html • http://aegis.web.cern.ch/aegis/ • http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/antivodik/svetantisvet.html