Nemoc šílených krav (bovinní spongiformní encephalopatie) je jedním ze skupiny neurodegenerativních onemocnění, která jsou způsobena zvláštními proteiny, priony. Nedávné rozšíření nemoci šílených krav v západní a střední Evropě a nárůst počtu výskytů Creutzfeldtovy-Jacobovy nemoci (CJD) u lidí probudil zájem lékařské odborné veřejnosti o prionová onemocnění. Přestože mezinárodní lékařské společenství dosáhlo značného pokroku v poznání těchto odchylných proteinů, nová výzkumná práce fyziků z Kalifornské univerzity v Davisu (D. Cox, [M1], 530-752-1789; R. Singh, 530-752-4710) nabízí poměrně jednoduchý model statistické mechaniky, který by mohl vysvětlit šíření prionových onemocnění. Kromě jiných skutečností výzkumníci našli motivaci pro vývoj svého modelu ve statisticky rovnoměrném nízkém výskytu CJD ve světě a v dlouhé reprodukčně inkubační době vzhledem k vysoké infekčnosti. Tyto charakteristiky odpovídají fyzikálním a chemickým procesům, které jsou popsány statistickou mechanikou. Pomocí simulace šíření infekce v dvojrozměrné mřížce výzkumníci objevili, že shluk prionů může sloužit jako jádro pro růst dalších prionů na infikovaných neuronech. Jakmile je připojený prion dostatečně velký, různé procesy ho mohou rozdělit na několik částí, které pak napadnou okolní neurony a vytvoří nová jádra pro růst dalších prionů. Tímto mechanismem se onemocnění šíří až vede ke smrti infikované oběti.

Statisticko-mechanický model ovšem nabízí více než jen děsivý obraz průběhu prionového onemocnění až k smrti oběti. Výzkumníci do svého modelu zařadili asymetrii účinku prionové infekce mezi různými živočišnými druhy. Například priony, které běžně napadají neurony myší, mohou stejně účinně napadnout neurony křečka. Avšak některé priony, které vedou k úhynu křečka, nenapadají neurony myší. Nový model vychází ze zjištění, že aplikace prionů z mozku křečka do již infikovaného mozku myši může dramaticky zpomalit rozvoj onemocnění kvůli vzájemnému soutěžení obou typů prionů. Nový model vysvětluje vzájemný boj prionů. Přestože tato metoda nemůže zcela vyléčit prionová onemocnění, může výrazně prodloužit inkubační dobu těchto onemocnění, jako je lidská CJD. Statistická mechanika díky zmíněnému modelu také může předpovědět směr dalšího vývoje případů onemocnění CJD, k nimž došlo ve Velké Británii koncem 90. let 20. století. (A. Slepoy et al., Physical Review Letters, 30. července 2001)

Jaderný majákový jev je nově objevený jev, který umožňuje vysvětlit chování jader atomů různých materiálů v extrémním prostředí. Název tohoto je odvozen od uspořádání experimentu, kdy rotující vzorek ozářený intenzivním synchrotronním zářením emituje paprsek roentgenova záření. Fluktuace paprsku zachyceného detektorem obsahují důležité informace o jádru atomu, které tento paprsek vyzařuje. Aby výzkumníci vytvořili jaderný majákový jev, umístili vzorek zkoumaného materiálu na vnitřní stěnu malého válce. Tento válec pak roztočili proudem stlačeného vzduchu na rychlost několika tisíc otáček za sekundu. Atomy v rotujícím vzorku pak výzkumníci excitovali pomocí roentgenových paprsků, jaké vznikají z rychle rotujících paprsků elektronů o vysoké energii v zařízení Advanced Photon Source v Národní laboratoři Argonne. Ozářený vzorek atomů v rotujícím válci emituje vlastní roentgenové záření jen několik miliardtin sekundy po excitaci. Mezitím dojde k pohybu rotujícího válce o několik stupňů a k tím k vychýlení roentgenova paprsku od původního směru ([X1])

Výzkumníci z Universität Rostock v Německu (R. Röhlsberger, [M2] , 011-49-381-4981732), kteří tento jev v roce 2000 objevili, nyní tímto způsobem analyzovali oxid samaria Sm₂ O₃. Samarium je důležitým materiálem pro výrobu nových permanentních magnetů. Avšak tento prvek lze konvenčními metodami (jako je Mossbauerova spektroskopie) obtížně studovat. Skupina také studovala atomy železa a očekává, že jaderný majákový jev umožní studovat řadu dalších materiálů již v blízké budoucnosti. (R. Röhlsberger et al, Physical Review Letters, 23. července 2001)

Poznámky k obrázku :
Rozptyl frekvence paprsku synchrotronového záření je zmenšen zařízením HHLM (High Heat Load Monochromator), pak je paprsek usměrněn dvojicí úzkých štěrbin kolimátoru. Tento paprsek pak dopadá na tenký vzorek umístěný uvnitř válce, rotujícího rychlostí několika tisíc otáček za sekundu. Atomy vzorku jsou tímto paprskem excitovány a emitují vlastní roentgenovo záření. Změny intenzity tohoto záření obsahují informaci o vnitřním prostředí emitujících atomů.

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 548. July 19, 2001 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon

Urychlenou konstrukci lineárního srážkového urychlovače (collider) jako dalšího velkého mezinárodního projektu fyziky vysokých energií důrazně doporučily pracovní skupiny na velkém zasedání částicových fyziků, které se konalo 30. července 2001 ve Snowmass v Colorado [X1]. Zasedání se účastnilo téměř 900 vědců nejen ze Spojených států amerických, ale také z Evropy a Asie.

Částicová fyzika studuje hmotu v nejmenších možných měřítcích (některé experimenty studují jevy v měřítku až 10^-18 metru) a proto potřebuje paprsky o velmi vysokých energiích a velmi krátkých vlnových délek. Proto fyzikové ke své práci potřebují nákladné urychlovače částic. Někteří řečníci na zasedání zdůrazňovali, že mezinárodní komunita fyziků vysokých energií by se neměla soustřeďovat jen na projekt urychlovače částic, ale měla by stanovit dlouhodobý program na podporu fundamentálních objevů v budoucnosti.

Jedním z cílů, který by tento program měl obsahovat, je výzkum Higgsova bosonu. Jednou ze základních koncepcí unitárních kalibračních teorií je představa spontánního narušení symetrie mezi různými typy silových interakcí v důsledku konstantních skalárních polí v celém prostoročasu (tzv. Higgsových polí). Před narušením symetrie (při velmi vysokých energiích) mají všechny vektorové bosony, které zprostředkovávají silové interakce, nulovou klidovou hmotnost a mezi jednotlivými interakcemi (silnou, slabou, elektromagnetickou a gravitační) nejsou žádné principiální rozdíly. Při vzniku Higgsových polí část těchto vektorových bosonů získá efektivní klidovou hmotnost. Příslušné silové interakce se stanou interakcemi krátkého dosahu a symetrie mezi typy silových interakcí se naruší. Ve Weinbergově-Salamově teorii jsou před narušením symetrie jednotné elektroslabé interakce zprostředkovány výměnou vektorových bosonů s nulovou klidovou hmotností. Po vzniku Higgsova skalárního pole vektorové bosony W a Z získají klidovou hmotnost a odpovídající slabé interakce se stanou krátkého dosahu, zatímco fotony mají nadále klidovou nulovou hmotnost. Podobně v grandunifikačních teoriích (Grand Unified Theory, GUT) mají před narušením symetrie všechny vektorové bosony nulovou klidovou hmotnost. Mezi slabými, silnými a elektromagnetickými interakcemi není v principu rozdíl (např. je možná vzájemná přeměna mezi leptony a kvarky). Po vzniku Higgsova skalárního pole (v teoriích GUT existuje několik typu skalárních polí) vektorové bosony X, Y získávají velkou klidovou hmotnost řádově 10¹⁵ GeV, čímž se silné interakce oddělují od interakcí elektroslabých, vzájemné interakce mezi leptony a kvarky je téměř znemožněny a proton se stane téměř stabilní částicí. Další skalární pole naruší symetrii mezi slabými a elektromagnetickými interakcemi. Naopak lze očekávat, že při velmi vysokých energiích interagujících částic (tedy při extrémně vysoké teplotě látky) skalární pole, které způsobuje narušení symetrie, vymizí a symetrie mezi interakcemi se obnoví.

Dalším z cílů dlouhodobého programu by mělo být hledání superčástic. Sjednotit gravitaci s ostatními druhy interakcí ve smyslu unitarizace kalibračních teorií znamená sloučit vnitřní symetrie s geometrickými, tedy nalézt společnou grupu, která by obsahovala jak grupu geometrických transformací prostoročasu (např. grupu Poincaréovu) s grupou vnitřních (nikoliv prostorových) symetrií slabých, silných a elektromagnetických interakcí. Ukázalo se, že provést takové sjednocení netriviálním způsobem (tj. nikoliv jako pouhý direktní součin) nelze v rámci teorie Lieových grup, ale je nutné použít Lieovy superalgebry (graduované Lieovy algebry). Ve zobecněných grupách jsou příslušné algebry určeny jak komutačními tak antikomutačními relacemi mezi jednotlivými generátory. Lieovy superalgebry, které obsahují jako svoji podalgebru grupu prostoročasových transformací (např. Poincaréovu grupu), se označují jako supersymetrické. V supergravitaci je odstraněna hranice mezi fermiony a bosony v dosavadní kvantové teorie. Ke gravitonu tak existuje supersymetrický průvodce gravitino, k fotonu existuje supersymetrický průvodce fotino.

Dlouhodobý program fyziky vysokých energií by se dále měl zaměřit na podrobné studium vlastností kvarků a leptonů, jako jsou jejich hmotnosti, změny vůně (transformace mezi jednotlivými typy kvarků) a porušení symetrie CP, která byla nedávno prokázána u mesonů B.

Někteří účastníci zasedání hovořili o konstrukci nového lineárního srážkového urychlovače elektronů s positrony jako důležitého doplňku k velkému srážkovému urychlovači hadronů LHC (the Large Hadron Collider), který je budován v CERN. Edward Witten (Institute for Advanced Study) v této souvislosti hovořil o analogii, kdy existují urychlovače protonů a antiprotonů o vysoké energii, jako je Tevatron (na němž byl objeven kvark "top") a velmi přesná zařízení pro studium srážek elektronů a positronů jako je LEP (kde byl změřeny jednotlivé módy rozpad bosonu Z, získány informace o elektroslabé interakci a byla provedena velmi přesná měření gravitace). Srážkový urychlovač hadronů LHC, na němž by mohl být objeven Higgsův boson, by proto měl být doplněn obdobným výkonným zařízením pro srážky elektronů s positrony, aby mohly být studovány módy rozpadu Higgsova bosonu. Dalšími zařízeními dlouhodobého programu fyziky vysokých energií by měl být velmi velký srážkový urychlovač hadronů (VLHC, Very Large Hadron Collider), mionový prstenec nebo zařízení na produkci neutrin.

Jaké jsou šance na nalezení předpovídaných částic? David Gross (Kalifornská univerzita v Santa Barbara) tvrdí, že velký srážkový lineární urychlovač s energií 500 GeV by mohl být dostatečně výkonný k objevu superčástic a zejména k objevu Higgsových bosonů.

Účastníci zasedání nerozhodli, kde by se takový lineární collider měl postavit. Existují však již tři návrhy. Zařízení TESLA v Německu [X2], japonský lineární collider JLC [X3] a americký projekt NLC (Next Linear Collider)[X4] .

Michal Holland z Úřadu pro správu a rozpočet (the Office of Management and Budget) uvedl, že pokud fyzikové vysokých energií požadují vládní finanční podporu na projekt tak nákladného zařízení, musí zdůvodnit, že takové zařízení nebude sloužit pouze jejich výzkumným zájmům, ale poslouží celé vědě. Generální ředitel CERN Luciano Maiani se domnívá, že takové kritérium federální podpory je "nepřátelské vůči vědě", kdy se někteří vládní úředníci a členové Kongresu domnívají, že fyzika vysokých energií je kuriózním výzkumem. Několik dalších účastníků zasedání diskutovalo také o budoucí potřebě kosmické výzkumné stanice. Hlavní překážkou takových velkých projektů jsou ovšem finanční prostředky uvolňované z amerického federálního rozpočtu. Fyzika vysokých energií po skončení studené války částečně ztratila své dominantní postavení, kdy její výzkum mimo jiné také souvisel s vývojem jaderných zbraní hromadného ničení.

Účastníci zasedání se shodli, že mezinárodní spolupráce na vybudování lineárního collideru bude klíčová. Studium komponent takového zařízení již probíhá na JLC a TESLA. Ve Spojených státech bude dalším krokem příprava zprávy pro Poradní panel fyziky vysokých energií (HEPAP, High Energy Physics Advisory Panel) amerického Ministerstva pro energii.

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 549. July 24, 2001 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon

Chemický prvek s atomovým číslem 118 byl z periodické tabulky prvků odstraněn. V roce 1999 vědci z Národní laboratoře Ernsta Lawrence v Berkeley (LBL, Lawrence Berkeley Laboratory) oznámili objev prvku 118 při vysokoenergetických srážkách atomů olova a kryptonu. Další experimenty v LBL a v dalších laboratořích (jako laboratoř GSI v Německu) ale tento výsledek nepotvrdily. Vědci z LBL znovu analyzovali svá experimentální data a dospěli k závěru, že jejich původní důkaz je sporný. Článek ve Physical Review Letters vyvrátil jejich původní důkazy. (tisková zpráva LBL, 27. července 2001).

Živočichové získávají informace o svém okolí, když smyslové neurony přenášejí elektrické signály v důsledku chemických, světelných, zvukových, pachových a dalších podnětů. Studium neuronových sítí zvířat a hmyzu může vést nejen k pochopení fyziologických a molekulárně biologických principů vnímání, ale také může posloužit k vývoji počítačových sítí. Nový model neuronových sítí vychází z nedávných výzkumů čichových orgánů ryb a hmyzu. Neurony v těchto orgánech jsou uspořádány tak, že umožňují identifikovat mnohem více podnětů, než je dosud možné v běžných sítích. Výzkumníci z Ústavu nelineární vědy Kalifornské univerzity v San Diego (M. Rabinovich, [M1], 858-534-6753) přišli s myšlenkou, kdy spojení mezi neurony může způsobit zpoždění přenosu signálu od jednoho neuronu k druhému. Daný podnět pak vyvolává specifickou časovou posloupnost neuronových impulsů. Takto propojená neuronová síť obsahuje čas jako další rozměr smyslového systému pomocí kódovací metody označované jako "Soutěž bez vítěze" WLC (Winnerless Competition). Matematickým modelem tykadla kobylky luční výzkumníci zjistili, že jejich model je schopen identifikovat zhruba (N-1)! různých položek v síti, která obsahuje N neuronů. Proto síť WLC o deseti neuronech je schopna identifikovat stovky tisíc různých položek na rozdíl od běžné sítě z deseti neuronů. Model WLC je schopen vysvětlit, jak smysly živočichů, hmyzu a dokonce lidí mohou přesně rozlišovat řadu různých podnětů. Jinými slovy, existují matematické důvody, proč vůni libovolné růže okamžitě odlišíme například od vůně cibule. Model WLC by mohl v budoucnu výrazně zvýšit kapacitu počítačových sítí. (M. Rabinovich et al, Physical Review Letters, 6. srpna 2001)

Dosud nejpřesněji lokalizovaným astronomickým objektem je blízký binární pulsar PSR J0437-4715, který se skládá z bílého trpaslíka a neutronové hvězdy. Díky velmi přesnému prostorovému rozlišení 64 metrového radioteleskopu Parkes v Austrálii a relativně malé vzdálenosti pulsaru bylo možno provést měření jeho paralaxy, určit jeho polohu a elementy jeho dráhy. Např. vlastní pohyb, úhlová změna pohybu objektu, je rovna 140,892 milisekundy za rok s nepřesností jen 0,006. Díky tomuto měření a dalších parametrů polohy a dráhy pulsaru jde o dosud vůbec nejpřesnější měření v historii astronomie. Pozorování dokonce umožňují měřit malé ztráty energie binárního pulsaru, které jsou podle obecné teorie relativity způsoby vyzařováním gravitačních vln. (van Straten et al., Nature, 12. července 2001; [M2])

Fyzikové z Univerzity v Bonnu ve svých experimentech nejen udržují ochlazené atomy césia v magnetooptické pasti, ale jsou schopni těmito neutrálními atomy pohybovat s vysokou přesností na vzdálenost až jednoho centimentru posuvem přídavného interferenčního obrazce, který slouží jako lokální potenciálová jáma. Tento "přepravníkový pás" pro atomy lze využít v řadě experimentech kvantového propletení nebo jako součást atomového posuvného registru, jak jej známe z elektroniky. (Kuhr et al., Science, 13. července 2001; [M3])

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 550. August 1, 2001 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon

Fyzikové z NIST v Boulderu vyvinuli optické atomové hodiny. Jejich principem je záření jediného iontu rtuti v atomové pasti. V nejpřesnějších atomových hodinách, které se používají pro definici univerzální jednotky času, se používá emise světla z atomu césia s charakteristickou mikrovlnnou frekvencí kolem 9 GHz. Tyto cykly světelných vln jsou čítány elektronickým obvodem. Principiálním problémem použití vyšší frekvence je použití dostatečně rychlého čítače cyklů. Nedávno se však tento problém čítání cyklů podařilo vyřešit směšováním vln s vysokou frekvencí s vlnami s nižší frekvencí. Výzkumníci v NIST vyvinuli nové monitorovací zařízení ve viditelném a ultrafialovém oboru, které je schopno čítat impulsy z iontu rtuti s frekvencí kolem 1 PHz (10¹⁵ Hz). Výzkumníci předpokládají, že se jim podaří zvýšit přesnost mikrovlnných atomových hodin na 1:10¹⁵. (Diddams et al., Science, 3. srpna 2001.)

Neocortex (nověji isocortex) je nejsložitější struktura mozku savců a člověka. Australští výzkumníci (David Liley, Swinburne University of Technology, 011-61-3-9214-8812, [M1]) nedávno ve svém modelu předložili důkaz, že v neocortexu probíhají chaotické jevy. Chaotické jevy v mozku jsou důsledkem nepředvídatelné a zdánlivě zcela náhodné elektrické aktivity nervových buněk, neuronů. Chaos přitom může mít důležitou neurologickou funkci. Podle australských výzkumníků by mohl zajišťovat pružné a rychlé rozlišování zvuků, pachů a dalších smyslových vjemů. Záznamy elektrické aktivity (elektroencephalogramy) mozkové kůry stejně jako jiné experimentální metody nejsou schopny odlišit informační signály od chaosu, který je důsledkem elektrické aktivity mozku. Použitím realistických modelů fyziologie mozku se řada výzkumníků pokouší odvodit modely, pomocí nichž by bylo možno vysvětlit záznamy encephalogramů a tím lépe pochopit vnitřní činnost mozku. Dosud používané modely ale neuvažovaly chaotické jevy nebo nebyly schopny vysvětlit, proč tyto chaotické jevy ve struktuře mozku vůbec vznikají. Australští výzkumníci studovali chování dvou velkých populací neuronů: excitačních (které podněcují neurony ve svém okolí k činnosti) a inhibičních, které lze obtížněji než ostatní k činnosti podnítit. Výzkumníci studovali "střední potenciál membrány", tedy elektrický potenciál mezi vnitřní a vnější stranou membrány neuronové buňky. Vyšší střední potenciál určuje, že neuron je častěji aktivní. Změnou rychlosti vnějších elektrických impulsů působících na každou populaci výzkumníci zjistili, že střední elektrická aktivita pro široký rozsah vnějších impulsů je nepravidelná a jeví se jako šum (přestože o náhodný šum nejde). Kvantitativně lze takové chování popsat kladným Ljapunovovým exponentem. Existence chaotických jevů podle výzkumníků umožňuje mozku rychle reagovat i na nepatrně odlišné podněty. (Dafilis et al., Chaos, September 2001)

Nízkoteplotní supravodiče při teplotách kolem 4 Kelvinů se chovají podle Bardeenovy-Cooperovy-Schriefferovy teorie BCS. Elektronové páry přecházejí do jediného společného kvantového stavu prostřednictvím vibrací okolní mřížky atomů. Tento jev je popisován pomocí výměny tzv. fononů. Mechanismus BCS je přirozeně křehký, zaniká při vyšších teplotách a nemůže se vyskytovat ve vysokoteplotních supravodičích, které existují při teplotách kolem 100 Kelvinů. Proto nové testy provedené v synchrotronové radiační laboratoři (SSRL, Stanford Synchrotron Radiation Laboratory) Stanfordského střediska lineárního urychlovače (SLAC, Stanford Linear Accelerator Center) a v laboratoři pokročilých zdrojů světla (ALS, Advanced Light Source) Národní laboratoře Ernsta Lawrence v Berkeley (LBL, Lawrence Berkeley Laboratory) jsou velkým překvapením. Výzkumníci ostřelovali pečlivě vybranými fotony různé supravodičové vzorky s obsahem mědi a pozorovali smyčku ve spektru energie emitovaných elektronů, která odpovídá elektron-fononové resonanci. Tento fakt naznačuje, že zde musí existovat určitý typ mechanismu BCS. (Lanzara et al., Nature, 2. srpna 2001.)

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 551. August 8, 2001 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon

Vědci mezinárodního týmu Národní laboratoře v Brookhavenu (Bob Chrien, 631-344-3903, [M1]) vytvořili jádra atomů, která obsahují dva podivné kvarky. Jádra s dvěma podivnými kvarky by měla sehrávat důležitou roli v podivné hmotě neutronových hvězd a při vývoji ranného vesmíru. Již dříve různé skupiny oznámily, že vytvořily jednotlivá jádra obsahující dva podivné kvarky. Avšak tato jádra byla navzájem nekonzistentní a nikdy nebyla potvrzena nezávisle na sobě různými skupinami. Vědci v Brookhavenu nyní pozorovali stovky těchto nových částic. "Dvojitě podivná jádra" (označovaná jako LL hyperjádra) se skládají z obvyklých protonů a neutronů a dvou hyperonů Lambda, které obsahují jeden kvark "up", jeden kvark "down" a jeden podivný kvark. Hyperony Lambda se podobají neutronům s tím, že jeden z kvarků "down" je nahrazen podivným kvarkem. Výzkumníci při tvorbě dvojitě podivných jader použily paprsek mesonů K (kaonů), jímž ostřelovali terčík berylia. Mesony K obsahují jeden kvark "up" a jeden podivný antikvark a jsou vytvářeny ostřelováním wolframového terčíku protony v synchrotronu se střídavým gradientem AGS (Alternating Gradient Synchrotron). Absorbcí mesonu K jádrem berylia dojde k přesunu kvarků a dva nukleony se přemění na dva hyperony Lambda, z nichž každý obsahuje jeden podivný kvark.

Dvojnásobně podivná jádra se následně rozpadají na lehčí částice emisí mesonů pí (pionů), které výzkumníci detekovali a určili jejich charakteristické energie. Vědci z Brookhavenu jsou přesvědčeni, že se jim podařilo vytvořit spolehlivou metodu produkce dvojnásobně podivných jader. Doufají, že jim to umožní hlouběji prostudovat síly, které vážou hyperony Lambda dohromady, a tím přispějí k našim znalostem o jaderných interakcích.

Objev dvojnásobně podivných jader je navíc silným argumentem proti existenci "částice H", která by se měla skládat ze šesti kvarků místo ze tří kvarků (baryony: hyperony a nukleony) nebo dvou kvarků (mesony: kaony a piony). Vazba dvou hyperonů Lambda v jádře je energeticky výhodná pro rozpad na částici H, protože hyperony Lambda nejsou spolu silně vázány. Avšak výzkumníci žádný takový rozpad nepozorovali. (Ahn et al., Physical Review Letters)

Výzkumníkům se podařilo změřit hmotnost a náboj antiprotonu s přesností 60:10⁹ pomocí nových testů kvantové mechaniky. Ve 30. letech 20. století Paul Adrien Maurice Dirac předpověděl existenci antičástic, které mají opačný náboj než částice. V roce 1932 byl objeven positron (antielektron), v roce 1955 byl objeven antiproton. Fyzikové vysokých energií se snaží potvrdit, že antihmota se řídí stejnými zákony jako běžná hmota. Takový výzkum probíhá například na zpomalovači antiprotonů v CERN nedaleko Ženevy, kde antiprotony vznikají při srážkách o vysoké energii. Získané antiprotony jsou shromažďovány, ochlazovány a zpomalovány, aby posloužily různým experimentům. V jednom z takových experimentů, který provádí japonsko-evropský tým, jsou antiprotony vysílány do nádoby s kapalným héliem. Některé z nich zaujímají místa elektronů v atomech hélia a chovají se podle principů jaderné fyziky. Antoprotony v elektronovém obalu dokonce přeskakují mezi jednotlivými energetickými hladinami. Pokud je antiproton zachycen atomem hélia, po několika mikrosekundách přeskakuje na stále nižší hladinu energie blíže k jádru atomu, až dojde k jeho anihilaci s protonem v jádru.

Než dojde k anihilaci antiprotonu s protonem, výzkumníci mají dostatek času provést některé rozhodující testy atomové fyziky. Poprvé se jim například podařilo provést měření ultrafialových přechodů v těchto exotických atomech. Aby nemusely čekat na tento přechod, výzkumníci jej vynucují laserovým paprskem. Protože znají frekvenci záření laseru, při níž dochází k přechodu, mohou vypočítat hodnotu, která je úměrná velikosti náboje vynásobené hmotností antiprotonu. Pokud se tato hodnota použije s dalším měřením pohybu antiprotonu v atomové pasti, z něhož lze určit poměr náboje antiprotonu k jeho hmotnosti, pak lze určit hmotnost a náboj antiprotonu. Výzkumníci potvrdili, že hmotnost a náboj antiprotonu jsou stejné jako hmotnost a náboj protonu s chybou nejvýše 60:10⁹. (Hori et al., Physical Review Letters, 27. srpna 2001; kontakt: Masaki Hori, [M2], 41-22-762-8306, nebo John Eades v CERN, [M3]; [X1]).

Konstanta jemné struktury udává vazbu mezi elektromagnetickým polem a látkou. Její hodnota je určena poměrem druhé mocniny elektrického náboje elektronu a součinu rychlosti světla a Planckovy konstanty, tj. a = e²/(hc). Hodnota této konstanty je 1/137,0359... Konstanta jemné struktury mimo jiné určuje, jak silné jsou vazby elektronů v atomu a jaký druh záření je emitován nebo absorbován, když elektron v atomu změní svůj kvantový energetický stav. V roce 1999 skupina vědců z Univerzity v Novém jižním Walesu v Austrálii oznámila určitý důkaz, že konstanta jemné struktury není v čase konstantní [X2]. Výzkumníci prokázali změnu konstanty jemné struktury s přesností 1:10⁵ měřením vzdáleností dvojic absorbčních čar atomů kovů v plynových mračnech rozprostřených před quasary s různým rudým posuvem. Vzdálenosti absorbčních čar jsou úměrné druhé mocnině konstanty jemné struktury. Nové výsledky naznačují, že konstanta jemné struktury v čase roste. Pokud bude tento výsledek jinými testy potvrzen, bude nutné nalézt fyzikální příčiny, proč k tomuto jevu dochází. (Webb et al., Physical Review Letters, 27. srpna 2001).

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 552. August 20, 2001 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.