podobné referáty

ico refreklama

Všetko vzniklo z energie


Hodnotenie:
Zobrazení: 1342


Až príliš blízko k alchýmii:
Vynikajúci experimentálny vedec z Nového Zelandu Ernest Rutherford, blízky priateľ Curieových, sa rozhodol, že ich pokusy s rádiom rozvinie o krok ďalej. Vypracoval dômyselný spôsob na analyzovanie toho, čo vyžaruje rádium a iné rádioaktívne prvky. Manželia Curieovi dokázali, že vzduch sa stáva elektrický vodivím, pokiaľ ním prechádza žiarenie rádia. Rutherford chcel zistiť, že či toto vyžarovanie je tokom čistej a absolutnej energie, povedzme zmiešanej s rádiom vo forme pary, alebo že či ide a úplne odlišnú látku, ktorá prenáša častice energie. Domnieval sa, že okrem energie, ktorú namerali Curieovi, by sa mohla uvoľnovať aj iná látka vo forme plynu.
K overeniu tejto hypotézy Rutherford zostrojil dve komory spojené ventilom. Keď bol ventil uzavretý jednu komoru naplnil žiarením z rádia, pričom meral elektrický náboj plynu vpúšťaného do komory. Pri meraní postupoval takým istým spôsobom ako Curieovi. Keď bol elektrický náboj obsahu komory totožný s nábojom, ktorý objavili Curievi, bol si vedomý, že komoru naplnil žiarením. Potom otvoril ventil spojujúci obe komory a odmeral veľkosť elektrického náboja v druhej komore. Sledoval elektrické náboje v obidvoch komorách a poctivo meral čas, potrebný na to aby sa elektrické náboje v obidvoch komorách rovnali. Usúdil, že v tomto okamihu sa žiarenie z prvej komory pravdepodobne rovnomerne rozmiestnilo do obidvoch komôr. Veľmi dôležité bolo vedieť, ako dlho rozptyl trvá, lebo už bolo známe, že čas potrebný na rozptýlenie plynu je priamo úmerný jeho atómovej hmotnosti. Rutherford tak predpokladal, že dospeje ku konkrétnemu výsledku, pokiaľ sa rádium rozptyľovalo vo forme pary.
Avšak pri všetkých opakovaných pokusoch sa čas rozptylu líšil. Táto skutočnosť znamenala, že žiarenie malo menšiu atómovú hmotnosť ako malo rádium v periodickej tabuľke prvkov. Inými slovami, Rutherford objavil prvok ľahší ako rádium, ktorý vzniká v procese, pri ktorom rádium uvoľňuje svoju energiu. Kvôli presnosti je potrebné dodať, že Rutherford uskutočnil väčšinu rozhodujúcich pokusov s použitím thoria, ktoré uvolňovalo radonový plyn. Takže síce dospel k správnemu výsledku, avšak pre niečo iné, ako pôvodne predpokladal. Čísla, ktoré vypočítal pre atómovú hmotnosť radónu, boli príliš nízke. Boli však bezpochybne dostatočne odlišné od atómovej hmotnosti rádia, aby ukázali, že sa vytvoril nový prvok, a nie len rádium vo forme plynu. Aby sme lepšie pochopili celú vec, najdôležitejším momentom bolo, že vlastný proces zmeny, ku ktorému došlo v Rutherfordových pokusoch, prebiehal spontánne. Nebolo pochyb o tom, že jeden prvok sa menil v iný. A to bol práve proces, ktorý sa snažili docieliť alchymisti. Hovorí sa, že Rutherfordov asistent Frederick Soddy pri tejto príležitosti zvolal: "Preboha, Rutherford, veď mi sme objavili transmutáciu!"
Rutherford sa bál myšlienky, že spravil niečo, čo by len vzdialene mohlo súvisieť s diskreditovaným umením alchýmie. Nechcel súhlasiť s tým, aby sa jeho výsledky nazývali transmutáciou, ako by to malo vrhať pochybnosti na vedecký charakter jeho práce. Čo však v skutočnosti ukázal, nebolo nič iné, ako realita transmutácie. Jeho pokusy odhalily, že prinajmenšom sa v niektorých prípadoch jeden chemický prvok nejakým spôsobom môže vytvoriť z iného, pričom sa v rámci tohoto uvolňuje energia. Neznamenalo to síce len splnenie sna každého alchymistu o výrobe zlata zo základného kovu, pozitívne sa sa tým potvrdilo, že je možné aby sa jeden chemický prvok premenil na iný, ale aj to že sa tento jav vyskytuje aj v prírode.
Čo sa týka kozmológie, pokiaľ by sa ukázalo, že proces transmutácie sa vzťahuje na všetky chemické prvky a že všetko začalo veľkým treskom, potom by sa teoreticky čokoľvek, čo teda vzniklo, mohlo premeniť na čokoľvek iného. Bezprostredným Rutherfordovým zámerom však nebolo dokázať, že proces, ktorý odhalil pri skúmaní radioaktívnych prvkov, sa vzťahuje ne všetky chemické prvky. Jeho prvoradým cieľom bolo zistiť, aké deje prebiehajú vo vnútri atómu, ktoré umožnujú aby sa proces zmeny mohol uskutočniť.

Anatómia atómu:
Počiatkom dvadsiateho storočia bol už vykonaný dosť veľký kus práce na porozumenie pravdepodobnej štruktúry atómu a boli identifikované jeho rôzne zložky. Britský fyzik J.J.Thomson napríklad objavil elektrón. Až do doby Thomsonových pokusov bola elektrina známa ako tok energie, ktorý sa mohol indukovať vo vhodnom elektrickom vodiči buď chemickým spôsobom (ako sú napríklad autobatérie, čo sa používajú dodnes), alebo fyzikálnym spôsobom (pohybovaním vodiča v magnetickom poli). Taktiež bolo známe, že elektrický prúd sa vo vodiči môže pohybovať obidvoma smermi a že presne tak ako póly magnetu, budú sa vodiče s elektrickou energiou prúdiacou v opačných smeroch navzájom priťahovať a vodiče s elektrickou enrgiou prúdiacou tým istým smerom odpudzovať. Takže myšlienka kladného a záporného elektrického náboja predstavujúceho dva protichodné smery už bola dobre známa a vžita. Nikto však nevedel veľa o tom, čo vlastne tok elektrickej energie obsahuje.
J.J.Thomson objavil, že tok elektrickej energie pozostáva z častíc, ktoré sa dajú sledovať, keď sa nechá elektrická energia prúdiť z jedného konca špeciálne zostrojenej trubice k druhému. Trubica bola známa pod názvom katódová trubica. Pôvodný zámerom bolo zostaviť vákuovú trubicu, ale v skutočnosti v nej zostávalo určité množstvo plynu. Trubica bola uchytená medzi dve kovové doštičky, ktorým mohol byť dodaný elektrický náboj: jeden kladný a druhý záporný. To umožnilo, aby sa elektrická energia pohybovala od jedného konca trubice k druhému bez toho, aby boli tieto dva konce trubice spojené vodičom. Tak mohol Thomson pozorovať, čo sa nachádzalo "vo vnútri" elektrickej energie bez maskovania fyzikálnou štruktúrou vodičov. Z dôvodov, ktoré spočiatku neboli chápané, prítomnosť plynu spôsobila, že sa v trubici vytváralo svetlo. Mnoho vedcov sa pred Thomsonom snažilo vysvetliť, čo sa v trubici deje, avšak nakoniec sa priznalo J.J.Thomsonovi, že ako prvý dokázal, že príčinou svetla jetok častíc, ktoré nazval elektróny. Na svojej dráhe cez trubicu, častice v skutočnosti nesvietili; prazvláštné svetlo zpôsobovala ich interakcia s plyny vo vzduchu v trubici.
Thomson objavil, že žiariaci tok elektrónov bol ovplyvniteľný magnetom. Pozorovaním smeru, ktorým sa tok pohyboval, prišiel na to, že tieto časti majú záporný elektrický náboj. Naviac na základe toho, do akej miery vychýlil tok elektrónov, dokázal Thomson vypočítať, že každý elektrón musí mať hmotnosť menšiu ako atóm najľahčieho známeho prvku – vodíka. Znamená to, že sa jedná o niečo elementárnejšieho, ako je atóm? A pokiaľ áno, dá sa objaviť niečo iného s odpovedajúcou hmotnosťou a inými fyzikálnymi vlastnosťami, čo by doplňovalo súčasť atómu? Vedci na celom svete začali vyvíjať snahu, aby identifikovali aj iné častice, ktoré by sa zároveň s elektrónmi mohli vyskytovať vo vnútri atómu. Začali sa zamýšľať nad tým, o akú štruktúru by mohlo ísť. Jednou z predstav bolo, že záporne nabité elektróny sa zrejme v každom atóme pohybujú okolo jadra, ktoré je nabité kladne, takže dva opačne nabité elektrické náboje sa návzajom priťahujú a tak držia atóm pohromade.
Rutherford túto predstavu rozšíril ďalej. V rámci svojej bádaťelskej činnosti dokázal, že energia vyžarovaná radioaktívnymi látkami má tri odlišné formy. V sérii pokusov zistil, že určitá časť energie dokáže preniknúť tenkou prekážkou z ťažkého kovu a časť energie to nedokáže. Okrem toho tá časť energie, ktorá prenikla tenkou prekážkou, bola zachytená silnejšou prekážkou. Ukázalo sa, že ostatná časť energie prenikal akoukoľvek veľkou prekážkou. Lúče, ktoré sa odrazili naspäť už od najtenšej prekážky, boli označené ako lúče alfa. Ako lúče beta boli označené, tie ktoré sa odrazili od druhej prekážky a ako lúče gama boli označené tie, ktoré prenikli obidvoma prekážkami.
Rutherford bol skoro schopný konštatovať o časticiach alfa dve základné veci. Zo spôsobu akým boli tieto častice vychylované magnetickým poľom, dokázal zistiť za prvé, že sú kladne nabité, a za druhé, že majú presne takú hmotnosť ako jadro hélia. Rutherford sa potom pokúsil bombardovať kúsok tenkej zlatej fólie časticami alfa, predpokladajúc, že sa dozvie niečo nového zo spôsobu, akým sa budú tieto častice od prekážky odrážať. Zlatú fóliu umiestnil so valcovitej nádoby obloženej z vnútornej strany fotograficky citlivým papierom. Papier po vyvolaní ukázal smery, ktorými boli častice od zlatej fólie odrazené. Rutherford tak mohol uskutočniť mikroskopické pozorovanie častíc odražajúcich sa do rôznych smerov vďaka scintilácie alebo neoatrnému záblesku svetla, ktoré každá častica vytvorila, keď sa odrazila od zlatej fólie. Toto svetlo sa pohybovalo smerom k stenám valca, kde bolo zachytené na fotografický papier. K veľkému prekvapeniu sa Rutherfordovy zdalo, že niektoré častice boli po odrazení od zlatej fólie vychyľované pod veľkým uhlom. Rutherford logicky usúsdil, že to mohlo byť spôsobené len nejakou priamou odpudivou silou kladne nabitou časticou alfa a kladne nabitým jadrom atómu zlatej fólie. Aby jadro mohlo talto posobiť musí existovať medzi ním a elektrónmi voľný priestor. Elektróny musia preto okolo jadra obiehať v určitej vzdialensoti. Rutherford tak štúdiom pohybu častíc alfa odhalil štruktúru atómu, ktoré sú tvorené velmi malým jadrom s kladným elektricý nábojom a vokol neho obiehajúcich záporne nabitých elektrónov.

Urýchľovanie častíc:
Sám Rutherford a okrem neho aj dánsky fyzik Niels Bohr, nakoniec vypracovali celkovú štruktúru atómu všetkých chemických prvkov. Mohli však dokázať, čo sa deje vo vnútri atómu alebo zistiť viac o jeho subatomárnych časticiach? Rutherfordov nápad na vyriešenie tohto problému bol jednoduchý. Rozhodol sa postaviť stroj na rozbíjanie atómov. Stroj bol neskôr nazvaný urýchľovačom častíc, a to preto, lebo jeho účelom bolo urýchliť pohyb častíc na takú vysokú rýchlosť, že sa na terčíku na opačnej strane urýchľovača po kolizi atom rozbil.
V dobe, keď sa uskutočnili prvé pokusy s urychľovaním častíc, kozmologovia už boli dôverne oboznámení s Hubblovím pozorovaním a s teóriou veľkého tresku. Mali preto mimoriadny záujem zistiť, že či sa dá objavit elementárna subatomárna štruktúra. Konečne, ak by sa mala táto teória ujať, mal by existovať nejaký spôsob, ktorým explózia z najnepatrnejšieho prvopočiatku dokázala vytvoriť všetku hmotu vo vesmíre. Pokiaľ by urýchľovače častíc dokázali odhaliť skutočný charakter hmoty, malo by byť možné zistiť, ako boli vytvorené základné stavebné prvky pri veľkom tresku. A naopak, pokiaľ by sa jasne preukázalo, že nemohli byť vytvorené v takomto explozívnom prvopočiatku, veľký tresk by sa ukázal ako nereálna teória.
Moderné urýchľovače častíc môžu dosahovať obrovských rozmerov. Urýchľovač v Európskom stredisku pre jadrový výskum CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) so sídlom v obci Meyrin neďaleko Ženevy vo Švajčiarsku, ktoré bolo neskôr premenované na Europské laboratórium pre jadrový výzkum (Europan Laboratory for Nuclear Research), sa skladá z 27 kilometrov dlhého kruhovitého podzemného tunelu, ktorý siaha až do Francúzska a ktorý čiastočne prechádza úpätím pohoria Jura. Princípy, podľa ktorých bol tento urýchľovač postavený, sú v podstate rovnaké, aké použil Rutherford pri zostrojení svojho urýchľovača, ktorým bola niekoľkometrová sklenená trubica. V prvom rade ja potrebná metóda pre generovanie častíc a až potom metóda pre ich urýchlenie na dostatočne vysokú rýchlosť.
Rutherfordova metóda využívala vlastnosti elektrickej energie. Zostrojil niečo ako kladný a záporný pól batérie, každý na inom koci trubice, aby tak vytvoril elektrické pole. Je ťažké nájsť presné prirovnanie, ale je to približne niečo také ako postaviť strmý kopec od jedného konca trubice k druhému. Guľa umiestnená na vrchol kopca as bude samozrejme kotúľať dolu, bude nodobúdať rýhchlosť, až nokoniec veľmi veľkou rýchlosťou dosiahne úpätie kopca. V urýchlovači častíc je ekvivalent gule elektrický prúd, ktorý pozostáva s toku záporne nabitých elektrónov privádzaných ku kladnému koncu trubice, teda ku katóde. A dokonca aj pri vzdialenosti kratšej ako sú dva metre dosiahnu elektróny tak veľkého zrýchlenia, že keď dorazia ku kladnému koncu trubice, narazia do terčíku značnou silou. Cieľ spočíva v tom, že po náraze rozbijú niektoré atómy terčíku – abvykle je terčík tvorený obyčajnou kovovou doštičkou. Výsledok nárazu sa dá pozorovať na Geigerovom počítači. Ide o prístroj, ktorý zostrojili Rutherford a Hans Geiger aby detekoval radioaktivity, teda uvolňovanie energie. Mohol by tak byť urýchľovač častíc použitý k potvrdeniu hypotézy, že pri každom rozbitý atómu sa uvolní energia?
Aby bolo úplne isté, že Geigerov počítač meria len dôsledky nárazu elektrónu na terčík, musí byť z trubice odsatý všetok vzduch tak, aby sa v nej vytvorilo vákuum a nezostalo v nej okrem terčíku vôbec nič, na čo by tok elektrónov mohol naraziť. Jedine tak sa dali získať jednoznačné výsledky. Pri rozbíjaní atómu na subatomárne častice sa vždy uvolňuje zistitelná energia. Atómy bombardovanej látky sa umelo rozpadajú presne rovnakým spôsobom, akým sa rádioaktívne chemické prvky ako urán alebo rádium, rozpadajú v prírodných podmienkach.
Závery vyplivajúce z výsledkov sú úplne jasné. Atomy obsahujú energiu, ktorá sa uvolňuje pri ich rozbíjaní. To nás však núti položiť si ďalšie otázky. Skladá sa subatomárny svet ešte z niečoho menšieho? A pokiaľ áno tak z čoho? Eixstujú okrem energie aj iné "prísady", ktoré tvoria nepostrádateľnú a fundamentálnu súčasť atómu? Aké vlastnosti majú a akú rolu hrajú elektróny a jadra atómov, ktoré v prvých teoretických modeloch atómu zapadaly tak dokonalo do seba?
Výsledky získané pomocou urýchľovačov častíc začal ponúkať pozoruhodnú odpoveď. Pokiaľ elektróny a jadro atómu majú správny súčet hmotností odpovedajúcej hmotnosti celého atómu, potom uvolnená energia musí nejakým spôsobom pochádzať len z týchto častíc a zo spôsobu, akým sa navzájom viazané. Pokiaľ v rámci prirodzeného radioaktívneho rozpadu radia vznikne nový, ľahší prvok, musí mať menšiu hmotnosť ako pôvodné rádium. Premieňajú sa teda v rámci radioaktívneho procesu niektoré častice na energiu?

Naspäť k Einsteinovi:
Ako sa časom urýchľovače neustále zdokonaľovali, dokázali sme vyvinúť metódy, ktorými sa dá úplne presne odmerať, koľko energie sa uvolni pri kolízi a koľko hmoty bombardovanej látky sa pri tejto kolízi zjavne stratí. Rozsah kolízie sa môže meniť – pre terčík sa dajú použít atómy rôznej hmotnosti – ale čo je zvláštné, množstvo uvolnenej energie je vždy priamo úmerné úbytku hmotnosti bombardovanej látky. To naznačuje, že energia a hmota sú nejakým spôsobom zameniteľné. Takže aspoň časť subatomarných častíc v rozpadávajúcom sa atómu musí byť uvolňované vo forme energie.
V dobe, keď táto skutočnosť vyšla prvý krát najavo, to však pre vedcov nebolo žiadnym neočakaváným prekvapením. Einstein vo svojej špeciálnej teórii relativity známou rovnicou E = mc2 predpovedal, že hmota a energia sú vo vzájomnom vzťahu. Tvrdil, že táto rovnica je navyhnuteľným dôsledkom matematických rovníc potrebných v rámci špeciálnej teórie relativity k vysvetleniu toho, že svetlo sa neustále šíri rovnakou rýchlosťou. Jeho preslávená rovnica uvádza, že energia E sa vždy rovná hmotnosti telesa m vynásobenej konštantou, druhou mocninou rýchlosti svetla. Tieto matematické vzťahy však predpovedajú niečo omnoho pozoruhodnejšieho: že sa totiž hmotnosť bude zvetšovať, zpočiatku pomaly, ale neustále rýchlejšie, tak ako sa rýchlosť čohokoľvek bude viac a viac blížiť rýchlosti svetla.
Pre väčšinu z nás sú to veľmi ťažko pochopiteľné myšlienky. Žiadna zo skúsenosti našeho každodenného žovota totiž nenaznačuje, že hmotnosť predmetu by mala nejakým spôsobom súvisieť so svetlom. Je samozrejme, že sa nestretávame s objektami, ktoré sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, takže ťažko budeme schopní posúdiť správnosť Einsteinovej teórie relativity. Ale v urýchľovači častíc sa prúdy elektrónov, používané k bombardovaniu terčíkov, blížia na svojej dráhe k bodu kolizie rýchlosťou velmi blízkou rýchlosti svetla, pričom sa zistilo, že pri zrýchlovaní sa meratelne zvyšuje ich hmotnosť.
Tieto výsledky získané z pozorovania javov v urýchľovači opäť raz potvrdili správnosť Einsteinovej mimoriadne zdanlivo klamlivej intuície. Poskytli dôkaz o tom, že hmota a energia sú navzájom zameniteľné. Ako sa pohyb elektrónov zrýchľuje, nodobúdajú energiu, takže strana E rovnice, teda energie, rastie. Pokiaľ je rýchlosť svetla konštantná, časť c2 sa meniť nemôže. Takže aby sa E rovnalo mc2, musí narásť m, teda hmotnosť. Ak to znie akokoľvek nepravdepodobne, práve to sa deje s elektrónmi v urýchľovačoch. A čo je pre kozmológov najdôležiťejšie, svedčí to o skutočnosti, že energia je fundamentálna pre všetku hmotu. Je zrejmé, že pri trieštení hmoty ale pri jej rozpade sa uvolňuje energia. Ale dá sa tento proces aj obrátiť? Môže sa energia premeniť na subatomárne častice, ktoré sa ďalej zoskupia do atómu? A dokázal vôbec veľký tresk hneď na počiatku uvolniť dostatočné množstvo energie k tomu, aby sa premenila na všetku hmotu vo vesmíre?

Stopy v pare:
Z urýchľovačov častíc sa môžeme dozvedieť o hmote aj omnoho viac. U najstarších urýchľovačov často stačilo zaregistrovať tvorbu energie Geigerovým počítačom. Avšak medzitým už bol vyvinutý zdokonalený spôsob odčítanie výsledkov kolízi. V roku 1895 britský fyzik Charles Wilson začal pracovať na vývoji prvej zahmlenej komory. V podstate išlo o nádobu, ktorá sa naplnila plynom, nasýteným vodnov parou. Jej prednosťou bolo, že dokázala odhaliť dráhu elektricky nabitej častice, keď precházdala nasýteným plynom. Samotná častice je príliš malá na to, aby sa dala sledovať vizuálne, ale stopa, ktorú za sebou zanechal, je dostatočné veľká, aby ju bolo vidno okom. Pripomína to trochu situáciu, keď sledujete stopu vysoko letiaceho lietadla na oblohe. Samotné lietadlo nevidíte avšak ste si istý, že tam je, pretože za sebou zanecháva stopu vo forme kondenzovanej pary. A nabité častice zanechávajú stopu v plyne obdobným spôsobom ako lietadlo letiace po oblohe.
Vynález zahmlenej komory značne zdokonalil sledovanie subatomárnych častíc. Dnes sa už stopy elektricky nabitých častíc v zahmlených komorách nesledujú v pravom zmysle slova, teda zrakom. Dráhy pohybu častíc snímajú detetory a reprodukujú ich na obrazovku počítača. Takýto spôsob analýzy účinku kolízie na konci urýchľovača častíc je relatícne jednoduchý a z presného obrazca zaregistrovaných stôp sa dá zistiť mnoho zarážajúcich skutočností. Miesto, v ktorom dochádza ku kolízii, je pomerne ľahko viditeľné , pretože z jediného bodu sa naraz objaví veľké množstvo stôp, ktoré na značujú uvolnené množstvo nabitých častíc. Dráhy stôp sa obvykle zámerne sledujú v magnetickom poli, pretože smer, do ktorého sa stopa vychýli, nám prezradí, že či je častica nabitá kladne alebo záporne, a miera, do akej sa stopa vychýli, závisí na iných individuálnych vlastnostich častice, napríklad na jej hmotnosti. Prote je možné v priebehu času identifikovať typický tvar stôp, ktoré zanechávajú jednotlivé druhy častíc. Niektoré stopy sú len napríklad mierne vychýlené, zatiaľčo iné môžu byť rýchlo stočené do obrazca tvary dostredicej špirály. Inými slovami, každá častica za sebou zanecháva typickú stopu, podľa ktorej ju možno identifikovať. A ak sa objaví po kolízii nová, doposiaľ neidentifikovateľná stop, jej dĺžka, taktiež aj miera, do ktorej je vychýlená, nám poskytnú záchytné body vyúpovedajúce mnohé o hmotnosti a charakteristickom chovaní príslušnej častice. Tímto spôsobom dokážeme identifikovať teoreticky predpovedané častice, keď sa objavia v reálnom svete urýchľovačov.

Hľadanie antihmoty:
Podľa charakteristického tvaru zmienených stôp častíc sa potvrdila správnosť aj ďalšej mimoriadnej vedeckej teórie. Paul Dirac, ktorý bol profesorom matematiky na lucasiánkej katedre v Cambridge (podoben ako Stephan Hawking dnes a Isaac Newton približni 200 rokov pred ním), dokázal, že teoreticky by pre každú časticu mal existovať jej zrkadlový obraz. Jednalo sa o jasný predpoklad vyplývajúci z rovníc, ktoré vysvetľovali, ako sa časitce musia chpvať, aby sa mohly vzájomne viazať a vytvárať tak atómy. Bol tu však jeden problém. Pokiaľ mal elektrón svojho antihmotného partneravo forme svojho zrkadlového obrazu (inýmy slovami časticu s opačným nábojom), potom aj častice tvorené jadro mali mať svojich antičasticových partnerov. A pokiaľ záporne nabité elektróny a kladne nabité jadro vytvarajú atómy hmoti, co potom vytvarajú ich antičastice? Atómy antihmoty?
Keď vedci rozpracovali teoretické dôsledky existencie hmoty a antihmoty, samostatná myšlienka antihmoty sa zdala ešte spletitejšia. Pokiaľ by sa totiž nejaka častica stretla so svojou antičasticou, zrejme by formou výbuchu vzájomne zanihiovali a premenili sa na čistú energiu. Takže si kladieme otázku, ako, môže existovať a byť ľahko zistiteľná všatká hmota vo vesmíre, keď ju teoretický obklopuje rovnake množstvo antihmoty? Buď by musela všetka hmota a antihmota vzájomným zanihilovaním úremeniť na inú formu energie, alebo by sme mali vo vesmíre pozorovať presne toľko antihmoty ako hmoty, čo sa zjavne nedeje.
Prvým krokom na ceste k vyriešeniu tohoto paradoxu bolo potrebné nájsť najprv dôkaz, že Diracova teória nebola úplne mylná. Vedci museli nejakým zpôsobom dokázať, že antihmota môže existovať. Takže všetky zistiteľné antičastice pravdepodobne pochádzajú z medzihviezdného priestoru a sú vťahované do pozemského priestoru gravitačnou silou. Počas pádu sa nakoniec každá stretne s časticou – svojím zrkadlovým obrazom a dojde k ich vzájomnej anihilácii, ktorú predpovedala Diracova teória.
V dôsledku toho snahy zachitiť antihmotu doslova hraničili s dobrodružstvom. Fyzikovia, ktorý boli v dostatočnej miere presvedčení, že nakoniec predsa len dokážu zachytiť antihmotu, vynášali svoje zahmlené komory na vrcholy hôr, aby sa tak dostali do čo možno najväčších výšok atmosféry. Zasužená odmena sa nakoniec dostavila. V roku 1932 Carl Anderson zachytil vo svojoj zahmlenej komore stopu, ktorá mala presne taký tvar ako stopa elektrónu, až na jednu závažnu vec. Jednalo sa totiž a zrkadlový obraz elektrónu. Inými slovami musela to byť stopa jeho antičastice (Dirac ju len rok predtým, keď jeho matematické výpočty predpovedali existenciu takejto častice, nazval pozitron). Dedukcia bola jednoznačná: môže existovať pozitroni, môžu existovať aj ďalšie antičastice, a teda aj antihmota. Diracovu teóriu podporili aj experimentálne dôkazy.

Autor referátu: Lukáš Krížik



ako to funguje?