Pozemské bouře produkují antihmotu

Martin Tůma  |  Věda
Ilustrační foto (Foto: Shutterstock)

Nad naší hlavou obíhá rentgenový vesmírný dalekohled Fermi, který je určený k odhalování tajemství vesmírných hlubin. V minulých dnech jen tak mimochodem odhalil i jedno z tajemství matičky Země. Štěstí přálo připraveným.

Gamma oko na oběžné dráze

Vesmírný dalekohled Fermi byl vypuštěn na oběžnou dráhu 11. června 2008. Jeho citlivé detektory pátrají v dalekých hlubinách vesmíru po záblescích gamma záření, které mohou poodhalit tajemství temné hmoty, pulsarů nebo supernov. Družice Fermi neustále sleduje nebe nad i pod Zemí, proto od samého začátku zachytávala i gamma záblesky provázející pozemské bouřky, tzv. terrestrial gamma-ray flash – TFG.

I když je to z pohledu hlavní mise Fermiho rušivý signál, ukázalo se, že stojí za bližší výzkum. A tak vlastně náhodou došlo k objevu, že součástí silných pozemských bouřek nejsou jenom gamma záblesky, ale dokonce i spršky pozitronů. Tento objev byl prezentován Michaelem Briggsem z Alabamské university na setkání Americké astronomické společnosti, které probíhá v těchto dnech v americkém Seattlu.

Jak bouřka vyrábí antihmotu

Všechno to začíná u blesků. V různých oblastech bouřkových mraků dochází k akumulaci velkých statických potenciálů elektrického náboje různé polarity a blesk poté provádí jejich – v pravdě bleskové – vyrovnání. Při napětí miliónů voltů protéká na zlomek sekundy atmosférou proud o desítkách tisíc ampér.

Ilustrační foto (Foto: Shutterstock)

Vedlejším produktem elektrostatického výboje je světlo a zvuk. A právě to světlo nás zajímá. Gamma záření je de facto světlo s velmi vysokou energií a proto i velmi krátkou vlnovou délkou. Tyto záblesky potom zachytává detektor na palubě sondy Fermi.

Tím to ale nekončí. Foton, tedy částice světla, může na své pouti potkat atom – a potom se dějí věci. Pokud má foton dostatečnou energii, promění se po srážce s atomem na dvojici částic z hmoty a antihmoty, na elektron a pozitron. Obě částice jsou elektricky nabité, ale každá s jinou polaritou. Pokud se opět potkají, dojde k anihilaci, tedy vzájemnému zničení. Jejich elektrický náboj je potom nutí sledovat dráhu určenou geomagnetickým polem.

Jak Fermi našel antihmotu

Vědce samozřejmě nadchla možnost podívat se pod pokličku toho, co se děje při bouřce, a tak modifikovali přístroje na sondě Fermi, aby lépe zachytávaly TFG. 14. prosince 2009 zachytil Fermi záblesk z bouřky, kterou správně nemohl vidět. V té době prolétal nad Egyptem a bouřka byla o 4500 km jižněji nad Zambií a tedy za horizontem (po celém světě existuje pozemní síť monitorující blesky, odtud víme, kde bouřka byla). Gamma záření letí po přímce, tak co tedy Fermi zachytil?

Ilustrační foto (Foto: Shutterstock)

„I když Fermi tu bouřku vidět nemohl, byl s ní magneticky propojen,“ řekl Joseph Dwyer ve Floridském Institute of Technology in Melbourne, Fla. „TGF vytvářel vysokoenergetické elektrony a pozitrony, které se pak šplhají po zemském magnetickém poli, aby tu kosmickou loď trefily.“

Pozitrony, které se zrodily po srážce gamma záření s atomy ve vysokých vrstvách atmosféry, poslušny elektromagnetických zákonů průletem podél magnetických siločar trefily sondu Fermi. Při kontaktu s elektrony v trupu sondy došlo k anihilaci a Fermi se na krátký čas sám stal zdrojem gamma záření. Ale to nebylo ještě všechno. Pozitrony proletěly i kolem sondy a narazily na tzv. zrcadlový bod, odkud se „odrazily“ zpátky k družici, došlo k další anihilaci a další detekci gamma záblesků.

„Za ty necelé tři roky na orbitu se mise Fermi ukázala jako úžasný nástroj k sondování vesmíru. Teď jsme se dověděli, že dovede objevovat záhady o mnohem, mnohem blíže domovu,“ řekl Ilana Harrus, vědec zapojený v programu Fermi z Ústředí NASA ve Washingtonu.

Tip: Original clanku o bourkach z NASA.


Co je antihmota

Náš svět a všechno co nás obklopuje, je složeno z částic hmoty. Existuje však ještě druhý svět, svět za zrcadlem, který se skládá z antihmoty. Částice antihmoty jsou hodně podobné částicím obyčejné hmoty, ale mají opačné znaménko u té podstatné vlastnosti, která částici popisuje. Například je to elektrický náboj u elektronu nebo protonu – potom mluvíme o antielektronu  – pozitronu a antiprotonu.

Ilustrační foto (Foto: Shutterstock)

Částice antihmoty můžeme získat například při rozpadu radioaktivních prvků nebo pomocí srážek částic v urychlovačích. Antihmota má v našem světě jenom velmi krátkou životnost, protože se obvykle rychle potká svůj hmotný protějšek a ukončí svoji existenci v záblesku anihilace. Proto je nutno držet antihmotu dále od normálních částic ve vakuu pomocí silného elektromagnetického pole, jako je to například v CERNu v zařízení ALPHA při výzkumu antivodíku.

Nejčtenější