Konvertor, který přímo změní světlo v částice látky
Britští fyzikové z Imperial College London navrhli konkrétní a přímý technický způsob, jímž bude možno přeměnit fotony, tedy částice zářivého pole, na částice běžné fermionové hmoty, kterou můžeme “nahmatat” a ze které se skládají běžné předměty kolem nás, tedy látky.
Procesu se někdy říká kreace částic látky a tento děj je v jistém smyslu inverzní k tzv. anihilaci částic látky, kdy například elektron se svojí antičásticí pozitronem vzájemně reagují tak, že zmizí a místo nich se objeví dva vysokoenergetické fotony s vlnovými délkami z oblasti gama. Tento v přírodě možný proces poprvé teoreticky popsali před 80 lety fyzikové Gregory Breit a John A. Wheeler, avšak doposud nebyl vytvořen stroj, který by čistě jen na tomto principu mohl na sériové bázi pracovat. V minulosti byla jistá slabá přítomnost kreace částic látky pozorována při interakcích elektronových svazků se svazky laserového světla nebo během interakce laserů s plazmatem. Ve všech těchto případech se však na vstupu vyskytovaly masivní částice látky.
Čtyři britští vědci navrhli v posledním čísle časopisu Nature Photonics speciální srážeč (collider), který by mohl sloužit jako nástroj pro čisté a efektivní srážení fotonů, přičemž by docházelo ke kreaci párů elektron-pozitron. Kamenem úrazu je nesnadnost práce s vysokoenergetickými fotony gama, které musejí mít v tomto případě asi miliardkrát větší energii než fotony viditelného světla. Fyzikové navrhli nasměrovat svazek fotonů gama do laserem intenzivně a na vysokou teplotu ohřátého dutého zlatého válečku (hohlraum). Uvnitř válečku se nachází jen vysokoteplotní tepelné záření, čili také fotony, jinak je uvnitř vakuum. Během jednoho pulsu by se uvnitř tohoto foton-fotonového srážkového reaktoru měly objevit statisíce čistě jen ze světla vytvořených párů elektron-pozitron. Podobné procesy probíhaly ve vesmíru běžně jen během prvních asi 100 sekund po Velkém třesku. Dnes se něco podobného může dít jen během kosmických záblesků gama záření, které jsou však doposud pro astrofyziky velkým tajemstvím. Podle vědců je však podobný foton-fotonový srážeč dnes technologicky možný.
Je třeba poznamenat, že často se v populární literatuře nebo v hovorové mluvě v této souvislosti nesprávně hovoří o fotonech jako o kvantech (částicích) “čisté energie” a o látce jako o hmotě. A anihilace je pak vydávána za zničení hmoty, resp. za totální přeměnu hmoty na energii. Tomuto omylu napomáhá i dvojznačný anglický výraz “matter”, který současně označuje jak látku, tak i hmotu obecně. Ve skutečnosti však jak částice světla či jiných polí (obecně bosony) tak i částice látky (obecně zvané fermiony) mají stejnou hmotnou podstatu.
V obou případech jde o formy hmoty, z nichž každá má svoji nenulovou energii i hmotnost. Procesy kreace a anihilace pak neoznačují stvoření či zničení hmoty, ale pouze stvoření a zničení jedné z jejích forem, látky, a konverzi mezi dvěma principiálně odlišnými formami hmoty - látkou a polem. A také při těchto procesech se v rámci teorie relativity zachovává celková energie i relativistická hmotnost, tedy ani zde nejde vytvořit něco z ničeho nebo naopak něco totálně zničit.
Zdroje: Phys.Org, The Verge, Raw Story, Nature Photonics, Breit/Wheeler (1934)
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Kdo jste vy? Klára, nebo učitel?
Tereza Kostková, moderátorka ČRo Dvojka
Jak Klára obrátila všechno vzhůru nohama
Knížka režiséra a herce Jakuba Nvoty v překladu Terezy Kostkové předkládá malým i velkým čtenářům dialogy malé Kláry a učitele o světě, který se dá vnímat docela jinak, než jak se píše v učebnicích.
