Antihmota: Porovnání verzí

'''Antihmota''' je druh látky, která je složena z  [[Antičástice|antičástic]] k  běžným částicím, tzn. například [[pozitron]]ů místo [[elektron]]ů. Obecně antičástice je částice, která má všechny své [[náboj (fyzika)|náboje]], například [[elektrický náboj]], [[vůně (náboj)|vůni]] či [[barva (náboj)|barvu]], opačné než daná částice.

Projevy antihmoty lze studovat ve vesmíru nebo ve specializovaných experimentech. Dnes je dokonce možné ji vyrobit (např. v  urychlovači částic [[Evropská organizace pro jaderný výzkum|CERN]], ale podle novodobých studií se také tvoří v  blesku), přičemž se otevírají nové možnosti fyzice, chemii a  technice.

Existenci antihmoty předpověděl v  roce 1928 britský fyzik [[Paul Dirac]]. Brzy poté (v  roce 1932) Američan [[Carl David Anderson]] antihmotu skutečně objevil ve srážkách vysokoenergetických částic kosmického záření. Pokud víme, žádná volná antihmota dnes ve vesmíru neexistuje. Vědci se domnívají, že těsně po [[Velký třesk|velkém třesku]], kdy vesmír vznikl, hmota a  antihmota existovaly v  zároveň, ale hmoty bylo více. A  to při vzájemné anihilaci způsobilo, že zbyla pouze hmota. Dnešní popis částic hmoty a  částic – nosičů síly, se nazývá [[standardní model]]; tento model není bez slabin a  ačkoli už po více než 20 let úspěšně prochází všemi experimentálními testy, není standardní model úplným popisem přírody. Antihmota v  minulosti zničila velkou část vesmíru, a  proto dnes pozorujeme jen malý zbytek vesmíru.

Kdyby se antihmota střetla s  běžnou hmotou, došlo by k  velké explozi. Antihmota má opačný elektrický náboj a  [[spin]] než běžná hmota, ale má stejnou hmotnost a  její chování (např. vůči [[Gravitace|gravitaci]]). [[Obecná teorie relativity|Obecnou teorií relativity]] se předpokládá, že antihmota se bude gravitačně přitahovat a  totéž platí pro interakci hmoty a  antihmoty. Teorie však připouští i  možnost, že hmota a  antihmota se mohou vzájemně gravitačně odpuzovat, zahrne-li se do teorie princip [[CPT symetrie]], mohlo by tím být alternativně vysvětleno zrychlené rozpínání vesmíru bez hypotézy temné energie. Experimentální rozhodnutí dosud nebylo možné, první indicie o  gravitační interakci protonů a  antiprotonů by měl poskytnout experiment AEGIS připravovaný v  Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN).

Jádro je stejné jako u  běžné hmoty. Jinými slovy: Všechna vnitřní kvantová čísla jsou u  antičástice opačná než u  částic. To ovšem neznamená, že je antihmota s  hmotou vyjma „opačných znamének“ identická. Ve skutečnosti se antihmota v mnoha případech chová od hmoty odlišně. Např. při [[Anihilace|anihilaci]] je mezi potomky reakcí vždy o  něco více hmoty než antihmoty. Hovoříme o  porušení symetrie.

[[Foton]], intermediální částice elektromagnetické interakce, je zároveň i  svou antičásticí. Při setkání hmoty s  antihmotou nastává anihilace, při které obě formy hmoty zaniknou a  přemění se na jiné formy energie (polní částice).

Při anihilaci elektronu a  pozitronu dojde k  uvolnění jejich klidové energie. Jednalo by se o  nejúčinnější metodu získávání energie, kdyby se tato během anihilace neuvolnila ve formě jen těžko využitelného [[záření gama]] (záření γ). Energie vzniklých fotonů je dána rovnicí E=mc².

Tedy při setkání elektronu s  pozitronem vznikají 2 fotony o  energii přibližně 0,511 [[Elektronvolt|MeV]] (megaelektronvoltů). Pokud se elektron s  pozitronem navzájem pohybují téměř rychlostí světla, nebo při anihilaci těžších fermionů, vznikají navíc další částice, např. mezony.

== Vznik a  výskyt ==

Antičástice vznikají v  přírodě běžně materializací kosmického záření (např. při vzájemných kolizích s  hmotou). Mají však zpravidla krátkou životnost, neboť rychle anihilují s  ostatní ve vesmíru běžnou hmotou. Hvězdy, galaxie, ani jiné objekty tvořené z  antihmoty zatím nebyly pozorovány. Anihilace hmoty s  antihmotou je považována za jednu z  možných příčin vzniku záblesků gama záření (GRB). V  počátečních stádiích Velkého třesku vznikala velká množství hmoty i  antihmoty. Nicméně veškerá vzniklá antihmota anihilovala s  většinovou částí hmoty. Vědci dodnes neumí přesně vysvětlit, proč tehdy došlo k  nesymetrii při interakcích hmoty s  antihmotou a  proč převážila hmota. Díky této nesymetrii se zřejmě ve vesmíru nachází pouze hmota.

Antihmotu je možné vyrobit i  uměle s  pomocí urychlovačů částic. V  Evropské organizaci pro jaderný výzkum CERNu v  Ženevě a  ve Fermiho laboratoři v  Chicagu se podařilo z  antičástic vytvořit atomy antivodíku. V  jejich jádrech jsou záporné antiprotony, které jsou obíhány kladně nabitými pozitrony.

Antihmota se v  běžných pozemských podmínkách nevyskytuje v  atomární podobě (antiatomy jsou známy pouze jako vzácný výsledek jaderných experimentů), to však neznamená, že se nemohou v  těchto podmínkách vyskytovat její stavební částice – tedy antičástice. Nejběžnějšími částicemi antihmoty v  běžných pozemských podmínkách jsou antineutrina. Jejich původem jsou radioaktivní [[záření beta]] (významným pozemským zdrojem jsou jaderné elektrárny, produkující štěpením mnoho β-radioaktivních nuklidů). Antineutrina mohou vznikat také jako produkt reakcí kosmického záření s  atmosférou. Vzhledem k  velmi nízké schopnosti interakce antineutrina prakticky nejsou zachycována hmotou.

V  běžných pozemských podmínkách vznikají také [[pozitron]]y, a  to při radioaktivních rozpadech β⁺ a  jako produkt reakcí kosmického záření s  atmosférou. Protože se jedná o  nabité částice, jsou ionizačními ztrátami v  prostředí zpomalovány a  rychle anihilují s  elektrony atomových obalů.

Družice Fermi objevila, že pozitrony mohou za určitých podmínek vznikat i &nbsp;v &nbsp;pozemské přírodě během prudkých atmosférických bouří v &nbsp;tropickém pozemském pásu.<ref>http://hvezdarna.plzen.eu/ukazy/clanky/2011/bourky/bourky.html – neplatný odkaz !</ref> Jde o &nbsp;unikátní přírodní jev.

Při současných znalostech lidstva ji zatím nelze využít jako nejúčinnější ze známých zdrojů energie, i &nbsp;když při reakci s &nbsp;hmotou uvolňuje energii se stoprocentní [[Účinnost (fyzika)|účinností]], jaderné reakce jsou účinné pouze na 1,5 &nbsp;%. Je to dáno naprosto zanedbatelnou účinností lidstvu doposud známé metody výroby antihmoty v &nbsp;laboratorních zařízeních typu Fermilab. Antihmotu je možné uchovávat v &nbsp;tzv. Penningově pasti, která ve vakuu udržuje elektricky nabité částice v &nbsp;soustavě magnetických polí v &nbsp;bezpečné vzdálenosti od standardní hmoty. Takto lze ovšem uchovávat pouze samostatně antiprotony, anebo pozitrony. Uchování kompletně sestavené antihmoty (jádro s &nbsp;obalem) není tímto způsobem s &nbsp;ohledem na její celkovou elektrickou neutralitu možné.

Další zajímavostí je, že na rozdíl od hmoty mají atomy antihmoty částice kladně nabité v &nbsp;obalu a &nbsp;částice záporně nabité v &nbsp;jádru. Může být vytvořen protiklad na jakýkoliv prvek, na jakoukoliv látku, z &nbsp;antihmoty by mohl být zkonstruován celý vesmír. Problémem antihmoty je, že může zreagovat s &nbsp;hmotou, což může mít fatální následky. Kdyby totiž reagovala s &nbsp;hmotou, nastala by exploze.

Reakce antihmoty a &nbsp;hmoty má praktické využití v &nbsp;zobrazovací technice v &nbsp;medicíně v &nbsp;[[Pozitronová emisní tomografie|pozitronové emisní tomografii]]. Během pozitivního záření beta ztrácejí [[nuklid]]y přebytek pozitivního [[náboj]]e vyzářením pozitronů (protony se stávají neutrony a &nbsp;neutrony jsou vylučovány). Nuklidy s &nbsp;přebytkem pozitivního náboje jsou snadno vyrobitelné v &nbsp;[[cyklotron]]u a &nbsp;jsou převážně vyráběny pro medicínské účely.

Hypoteticky lze uvažovat o &nbsp;využití antihmoty jako zásoby energie přeměnitelné anihilací s &nbsp;hmotou na kinetickou energii při pohonu vesmírných lodí. Koncepty přeměny jsou různé. Například společnost Hbar technologies zpracovala koncept antihmotou podporované solární plachetnice, které by při cestě ze Země k &nbsp;trpasličí planetě Pluto podobnou rychlostí jako u &nbsp;sond Voyager údajně postačovalo 30 &nbsp;miligramů antihmoty.<ref>YOUNG, Kelly: 'Antimatter harvester' may fuel future spacecraft. ''NewScientist'', 17. &nbsp;červen 2005. [http://www.newscientist.com/article/dn7538-antimatter-harvester-may-fuel-future-spacecraft.html Dostupné online] (anglicky)</ref><ref>GILSTER, Paul: An Antimatter-Driven Sail to the Kuiper Belt. ''Centauri Dreams'', 20. &nbsp;říjen 2004. [http://www.centauri-dreams.org/?p=28 Dostupné online] (anglicky)</ref><ref>Howe, Steven D.; JACKSON, Gerald &nbsp;P.: ''Antimatter Driven Sail for Deep Space Exploration Deep Exploration''. Hbar Technologies, LLC, 2004. [http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/fellows/oct02/740Howe.pdf Dostupné online (PDF)] (anglicky)</ref>