Jak nové experimenty ukazují, zachytávání desoxyribonukleové kyseliny (DNA) termoforézou mohlo přispět k samotným počátkům života na Zemi. Molekuly DNA v našem organismu jsou chráněny jadernou membránou a buněčnou membránu. Avšak počáteční formy života na Zemi mohly obsahovat molekuly RNA, které volně plavaly ve vodním prostředí. Co zabránilo zániku těchto křehkých molekul? Jednou z možností je termoforéza, proces, při se molekuly polymerů teplem navzájem odpuzují. Obecně čím delší je molekula, tím větší můře být tepelné odpuzování, podobně jako molekuly nebo částice lze oddělit v centrifuze podle jejich hmotností.

Experiment, který provedli Dieter Braun a Albert Libchaber z Rockefellerovy univerzity, monitoroval pohyb fluorescentně označených molekul DNA v laserem vytvořené horké skvrně. Jak se očekávalo, molekuly DNA se vzájemně odpuzovaly v důsledku toku tepla. Překvapivě však se molekuly DNA začaly po určité době nazpět přibližovat. Molekuly DNA byly zachyceny v malé oblasti (asi 20 mikronů v průměru), takže koncentrace DNA v okolí horké skvrny vzrostla asi 1000 krát.

Dieter Braun ([M1]) tvrdí, že jde o první kvantitativní experimentální důkaz na mikroskopické úrovni, že biologické molekuly mohou být tímto způsobem zachytávány (molekuly DNA byly použity místo molekul RNA, které se v roztoku za přítomnosti proteinů rychleji rozpadají). Vědci tedy objevily možný mechanismus, díky němuž mohly vzniknout prvotní primitivní formy života s metabolismem a replikací v prostředí ve stavu daleko od termodynamické rovnováhy kolem horkých míst v chladném oceánu. Fyzika tak opět přispěla k práci molekulárních biologů, kteří zkoumají počátky života na Zemi. (Physical Review Letters, 28. října 2002, viz také [X1])

Konvenční elektroencefalogramy (EEG) monitorují elektrickou aktivitu mozku pomocí citlivých elektrod umístěných na holé hlavě nebo umístěných přímo do mozkové tkáně. Výzkumníci z Univerzity v Sussexu nyní vyvinuli neinvazivní EEG. Místo měření toku náboje mezi elektrodami nový systém vzdáleně měří slabá elektrická pole pomocí nové technologie sensorů.

Citlivost EEG zařízení byla předvedena pozorováním změn elektrické aktivity mozku z klidného stavu (alfa vlny o kmitočtu 8 až 14 Hz) do stavu pozornosti (beta vlny o kmitočtu 14 až 35 Hz), když zkoumaný subjekt otevřel oči. Výzkumníci (Terry Clark, [M2]) jsou přesvědčeni, že jejich nový EEG sensor umožní dosáhnout výraznějšího pokroku při shromažďování a zobrazování elektrických signálů z mozku zejména pro studium rozhraní mezi člověkem a robotizovaným systémem. Stejná skupina výzkumníků také sestrojila zařízení pro vzdálené pořizovaní elektrokardiogramu. (Harland et al., Applied Physics Letters, 21. října 2002, výzkumný web: [X2])

"Námořní" neutrina jsou emitována jadernými ponorkami jako vedlejší produkt činnosti jaderných reaktorů při výrobě energie. Výzkumníci ze Stanfordské univerzity navrhují, že tento zdroj neutrin by bylo možno využít pro studium oscilací neutrin. Oscilace neutrin spočívá v samovolné přeměně jednoho typu neutrin na jiný (elektronová, mionová a tauonová neutrina). Energie vytvářená reaktory jaderných ponorek tvoří jen několik procent tepelné energie vznikající ve světě. Tok neutrin z typického námořního reaktoru je pouze asi 200 000 neutrin na čtverečný centimetr za sekundu ve vzdálenosti 40 kilometrů. Tento tok není o nic větší než pozadí v současných experimentech s neutrinovými oscilacemi, při nichž se používají reaktory. Avšak pro budoucí experimenty s použitím reaktorů, které budou využívat přesnější měření toku neutrin ze vzdálenějších zdrojů, by námořní reaktory mohly představovat významný zdroj. Stanfordský fyzik Giorgio Gratta [M3] tvrdí, že neutrina z námořních reaktorů by bylo možno využít pro nové druhy experimentů s oscilacemi neutrin, protože "plovoucí" reaktory mohou měnit svoji polohu vůči pevnému velkému reaktoru. K tomuto účelu by bylo možno využít také jaderné ledoborce. (Detwiler et al., Physical Review Letters, 4. listopadu 2002)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 610. October 22, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Společnému výzkumnému týmu ATRAP v CERN se poprvé podařilo studovat vnitřní stavy atomů antivodíku. Tyto atomy vznikají zpomalením antiprotonů a jejich spojením s positrony uvnitř detektoru označovaném jako Penningova past. Výzkumníci tvrdí, že antivodík častěji vzniká v excitovaném stavu prostřednictvím procesu, při němž se srazí dva positrony s antiprotonem. V říjnu 2002 tým ATHENA na stejném zařízení CERN oznámil první detekci ochlazených atomů antivodíku použitím metod, které vyvinul tým ATRAP (shromažďování antiprotonů, použití Penningovy pasti, ochlazování positronů atd.). Co se tedy od té doby změnilo?

Za prvé, tým ATHENA detekoval atomy antivodíku nepřímo. Očekávaná přítomnost antiatomů (antiproton a positron) byla registrována anihilacemi positronu s elektronem a antiprotonu s blízkým protonem. Problém detekce spočívat v tom, že při samotné anihilaci protonu a antiprotonu mohou vznikat positrony, které mohou nesprávně indikovat přítomnost antiatomů. Tyto procesy vytvářejí pozadí, které musí být ze statistické analýzy vyloučeno a nelze jednoznačně rozhodnout, že byly skutečně pozorovány pouze atomy antivodíku.

Tým ATRAP detekoval antivodík jednoznačným procesem, který se označuje jako ionizace pole. Neutrální antiatomy se po svém vzniku pohybují libovolným směrem. Některé pak anihilují, ale jiné se pohybují do "ionizační jámy", oblasti, v níž silná elektrická pole udržují atomy antivodíku od sebe. Záporně nabité antiprotony bez kladně nabitých positronů se do této jámy nemohou dostat. Elektrické pole antiprotony zadržuje a positrony mohou antiatom opustit a následně anihilovat. Počítáním antiprotonů výzkumníci zjistí, kolik antiatomů dosáhlo jámy.

Za druhé lze provést statistickou studii elektrického pole, které je potřebné pro ionizaci positronu, a odtud získat některé informace o vnitřních stavech energie atomů antivodíku. Proto se poprvé podařilo tyto vnitřní vlastnosti antiatomů studovat. Pozorovaný rozsah hlavního kvantového čísla n (n=1 odpovídá základnímu stavu) byl od 43 do 55.

Za třetí provedený experiment dosáhl vyšší četnosti atomů antivodíku. Mluvčí týmu Gerald Gabrielse z Harvardské univerzity [M1] potvrdil, že během několika hodin bylo zaznamenáno více atomů antivodíku než ve všech předchozích experimentech.

Konečným úkolem těchto experimentů bude zachytit neutrální ochlazené atomy antivodíku a studovat jejich spektrum se stejnou přesností (1:10¹⁴ pro analýzu přechodu ze stavu n=2 do stavu n=1) jako u běžných atomů vodíku. Cílem je prokázat, že pro antiatomy platí stejné fyzikální zákony jako pro atomy. (Gabrielse et al., Physical Review Letters, 30. října 2002; další kontakty: Walter Oelert z Forschungszentrum Julich; Jochen Walz z Ústavu Maxe Plancka pro kvantovou fyziku; Eric Hessels z York University; ATRAP web: [X1]).

Týmu ATRAP se podařilo další zvýšení počtu atomů antivodíku použitím malého radiového vysílače, který ohřívá antiprotony a tím vynucuje jejich další srážky s chladnými positrony. Proto výzkumníci budou jsou schopni poprvé měřit rozdělení excitovaných stavů antivodíku.

Při detekci nových sil, částic a rozměrů v submikronových silových experimentech fyzikové musí nepochybně uvažovat také Casimirovu sílu, zvláštní kvantový jev, při němž se v prázdném prostoru k sobě samovolně přibližují dvě kovové desky. Prázdný prostor (vakuum) je neustále vyplněn vznikajícími a zanikajícími částicemi a elektromagnetickými poli. Mezi dvojicí blízkých kovových desek ale vakuum nemůže energii soustředit tak hustě jako vně těchto desek. Podobně jako podzemní tunel znemožňuje příjem rozhlasového vysílání s vlnovými délkami, které jsou větší než ústí tunelu, kovové desky zamezují elektromagnetické fluktuace s vlnovými délkami většími než je vzdálenost mezi deskami. Kovové desky jsou tlakem vakua k sobě stlačovány podobně jako dvě polokoule, z nichž je vyčerpán vzduch. Tlak vakua byl již experimentálně potvrzen a může překrývat důležité jevy nové fyziky.

Aby se tento problém podařilo překonat, teoretikové z Purdue University a Wabash College (kontakt: Dennis Krause, [M2]) navrhují využít klíčového faktu: kovový materiál sám o sobě ovlivňuje intenzitu Casimirovy síly kvůli elektrickým interakcím mezi kovem a vakuem. Na druhé straně interakce desek s nějakými novými silami, částicemi nebo dimenzemi bude záviset na jaderných vlastnostech kovu stejně jako na jeho elektrických vlastnostech.

Proto teoretikové navrhují provést různá měření Casimirovy síly. Společně s experimentátory v IUPUI a ve firmě Lucent chtějí porovnat Casimirovu sílu pro kovové desky, zhotovené z různých isotopů stejného prvku. Isotopy určitého prvku mají identické elektrické vlastnosti (obsahují shodný elektronový obal), ale rozdílné jaderné a gravitační vlastnosti (v jádru atomu je jiný počet neutronů). Pokud budou zjištěny nějaké rozdíly, výzkumníci budou schopni tyto odchylky zahrnout do svých dalších experimentů a studovat další fyzikální jevy. Je třeba poznamenat, že také isotopy mají slabě odlišné elektrické vlastnosti, ale tyto vlivy jsou nepatrné, až 10000 krát slabší, než je velikost samotné Casimirovy síly. Metoda má další výhodu: měří se přímo rozdíly Casimirovy síly a nikoliv síla samotná, čímž se omezuje závislost na teoretických předpokladech. (Krause and Fischbach, Physical Review Letters, 4. listopadu 2002; Fischbach, Krause, Decca, Lopez, Physics Letters A, listopad 2002).

Konstrukce mnoha živých organismů je kombinací měkkých organických tkání s tvrdými anorganickými krystaly. Jak se však tyto tvrdé části vyvíjejí? Fyzikové z Northwestern University sledovali růst anorganické mřížky (fluorid barnatý BaF₂) přímo v dvojrozměrném krystalickém poli organických molekul (mastné kyseliny). Pomocí difrakce synchrotronového záření na těchto rovinných polích výzkumníci pozorovali strukturu dvou mřížek a potvrdili, že jedna překrývá druhou. Přestože vzdálenosti mezi uzly mřížky BaF₂ a organické monovrstvy jsou rozdílné, obě se vzájemně přizpůsobily. Struktura fluroidu barnatého se poněkud zkrátila a organické molekuly se poněkud natáhly. Fluorid barnatý není biologicky významným minerálem, ale výzkumníci (Pulak Dutta, [M3]) předpokládají, že se budou zabývat dalšími minerály. Obecně je současný růst dvou nebo více překrývajících se materiálů obtížný kvůli nestejným vzdálenostem atomů v mřížkách. Současný výzkum naznačuje, že by bylo možno vyrábět materiály, které se dosud vyrábějí ve vysokém vakuu jako epitaxně rostoucí materiály. (Kmetko et al., Physical Review Letters, 28. října 2002)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 611. October 29, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Výzkumníci poprvé sledovali pomocí fluorescentně označených nukleotidů růst molekuly desoxyribonukleové kyseliny DNA během replikace z jednotlivých párů bází. Replikaci molekuly DNA zajišťuje v buňkách enzym polymerasa. V živé buňce probíhá replikace rychlostí asi 700 bází za sekundu. Tato rychlost je zatím příliš vysoká pro současné zařízení, které sleduje růst molekuly DNA po jednotlivých bázích (adenin, cytosin, guanin, thymin).

Vědci z laboratoře Harolda Craigheada v Cornellovy university však jsou schopni jednotlivé báze detekovat (zatím nejsou schopni je identifikovat). Nejprve polymerasu nanesli na povrch kanálu mikrofluidního zařízení. Pak přidali jednopramennou DNA a mohli tak sledovat průběh replikace přidáváním komplementárních bází DNA do druhého pramene DNA. Pokaždé, kdy polymerasa přidala další bázi k prameni DNA, je zachycen fluorescentní záblesk. Takto lze poprvé sledovat růst pramene DNA v reálném čase (kontakt: Mathieu Foquet, [M1])

Ideálním způsobem sledování růstu pramene DNA by bylo označit různé báze DNA fluorescentními značkovači různé barvy. Vědci zatím mohou použít dvou fluorescentních značkovačů různých barev. Až se jim podaří dosáhnout čtyřbarevné fluorescence, bude možno tímto mokrofluidním procesem provádět sekvencování genomu. Nové výsledky byly publikovány na zasedání AVS Vědecké a technologické společnosti v Denveru 3 až 8. listopadu 2002.

Výzkumníci z Nové Anglie (Jim Collins, Boston University, [M2]) prokázali, že šum může odstranit problémy s rovnováhou jak u starších lidí, tak u postižených mladších lidí. Šumem se v tomto případě rozumí náhodné mechanické vibrace.

Ve fyzice šum představuje náhodné a zdánlivě neužitečné fluktuace některých fyzikálních veličin. Statická elektřina během rozhlasového vysílání, teplo v elektronických obvodech, vzdálený rozhovor ve velké místnosti nebo blikání neonových světel jsou případy nežádoucího náhodného šumu, který narušuje příjem určité požadované informace.

Stále více a více vědeckých studií však dokazuje, že v řadě systémů (modely globálního klimatu, elektronické obvody nebo sensorické neurony v živých organismech) náhodný šum naopak zesiluje citlivost příjmu slabých signálů mechanismem, který se označuje jako stochastická resonance.

Výzkumníci z Nové Anglie prokázali, problémy s udržením rovnováhy lze u mladších i starších lidí výrazně zmenšit. Autoři využili jemných mechanických vibrací pod prahem vnímání, které působí na chodidla člověka. Tyto náhodné vibrace významně zvyšují citlivost chodidel na tlak.

Autoři dále potvrdili, že jejich zařízení zlepšilo kontrolu rovnováhy u starších lidí dokonce na úroveň mladých lidí. Tyto výsledky naznačují, že náhodné vibrace mohou odstranit problémy rovnováhy, které se objevují ve stáří. Náhodný šum by mohl také pomoci u lidí s problémy periferního nervového systému.

Autoři jsou přesvědčeni, že v budoucnu šumová zařízení, jako jsou boty s jemně vibrujícími vložkami, by mohly odstranit nebo výrazně omezit funkční potíže lidí se ztrátou citlivosti nervů na vnější podněty. (Priplata et al., Physical Review Letters, 2. prosince 2002).

S tímto objevem souvisí jiné zjištění, že náhodné třesy rukou generované šumem v lidské nervové soustavě mohou zachovávat citlivost prstů. (Cabrera and Milton, Physical Review Letters, 7. října 2002).

Vědci nedávno připravili tzv. velmi hustý amorfní led VHDA (very high density amorphous ice). Hustota tohoto ledu je 1,25 g/cm³ na rozdíl od 0,92 g/cm³ běžného ledu a 1,0 g/cm³ kapalné vody při hladině moře a teplotě 4 stupně Celsia. Led VHDA tedy neplave na hladině vody.

Většina pevných látek je hustějších než jejich kapaliny. V tomto ohledu je voda neobvyklá a její zvláštní vlastnosti se na Zemi projevují v meteorologii, chemii a biologii. Vědci ve snaze pochopit příčiny neobvyklých vlastností vody se pokoušejí vodu různými způsoby stlačovat a ochlazovat.

V listopadu 2002 bylo známo 13 různých krystalických typů ledu. Každý typ ledu se od ostatních odlišuje svojí vnitřní strukturou. [X1]

Amorfních typů ledu, kdy molekuly vody nezaujímají žádnou pravidelnou mřížku, bylo dosud objeveno pět. Typ ledu VHDA je zajímavý tím, že zachovává svoji strukturu při nižším tlaku (ačkoliv k jeho vytvoření je nutný tlak 14 kilobarů) a při teplotě kapalného dusíku 77 Kelvinů.

Společný tým s University College v Londýně, Rutherford Appleton Laboratory a z Univerzity v Innsbrucku nyní pracuje na studiu struktury VHDA pomocí difrakce paprsku neutronů. Výzkum naznačuje, že VHDA může být kandidátem na hypotetický druhý typ kapalné vody, jehož existence by mohla přispět k vysvětlení významných anomálií prvního typu kapalné vody.

Na druhé straně výsledky této práce přinášejí nové problémy. Zatím nelze totiž vysvětlit, proč místo jediné struktury vody při vysokém tlaku existuje více různých struktur. (Finney et al., Physical Review Letters, 11. listopadu 2002; kontakt: John Finney, [M3]; článek: Mishima and Stanley, Nature, 26 Nov 1998, p. 329)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 612. November 6, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Pomocí experimentu s interferencí se poprvé podařilo přímo změřit de Broglieovu vlnovou délku bi-fotonu. V počátcích kvantové mechaniky Louis de Broglie přišel s domněnkou, že pokud se vlny mohou chovat jako částice (fotoelektrický jev), proč by se částice nemohly chovat jako vlny. Tato domněnka byla četnými experimenty potvrzena (rozptyl elektronů na dvojštěrbině). Také atomy nebo dokonce molekuly se mohou chovat jako "de Broglieovy vlny". Byly provedeny experimenty, kdy kulovité molekuly C-60 procházely interferometrem a vytvářely interferenční obrazce. Měření vlnové délky takových vln u složených objektů, jako je C-60 částečně závisí na vnitřních vazbách molekuly. Jaká však bude vlnová délka de Broglieovy vlny pro složený objekt, jako je dvojice kvantově propletených fotonů?

Jednou ze zvláštností kvantové mechaniky je kvantové propletení (kvantová provázanost), kdy se kvantové objekty nacházejí ve společném kvantovém stavu, který je superpozicí kvantových stavů těchto objektů. Měření provedené na jednom takto kvantově propleteném objektu okamžitě změní kvantový stav druhého objektu bez ohledu na jejich vzdálenost.

Jedna ze zajímavých předpovědí týkající se kvantového propletení (Jacobson et al., Physical Review Letters, 12. června 1995) tvrdí, že de Broglieova vlnová délka N kvantově propletených fotonů o vlnové délce L by měla být L/N. Tuto hypotézu nyní ověřili výzkumníci z Univerzity v Osace v Japonsku (Keiichi Edamatsu, [M1]) pro případ dvou kvantově propletených fotonů. Tyto fotony byly vytvořeny procesem parametrické konverze. Jeden foton prochází zvláštním krystalem, kde se rozpadá na dva kvantově korelované fotony. Tyto fotony pak vstupují do interferometru. Výsledný interferenční obrazec ukazuje, že fotony se chovají jako jediný objekt s vlnovou délkou rovnou polovině vlnových délek obou fotonů. Tuto vlastnost by bylo možno technicky využít k přesnější kvantové litografii, kde šířka spojovacích čar v obvodech nemůže být menší než vlnová délka použitého světla.

Výhody celého procesu se ukážou tehdy, až bude možné vytvořit kvantově vázané fotony z kvantově nevázaných fotonů stejné vlnové délky. Tento proces se nazývá hyperparametrický rozptyl. (Edamatsu et al., Physical Review Letters, 18. listopadu 2002)

Žádné dvě sněhové vločky se nepodobají. Rampouchy však jsou všechny jeden jako druhý. Povrch a tvar rampouchů se navzájem podobá bez ohledu na změny teploty vzduchu, vlhkosti, tloušťky rampouchů nebo rychlosti růstu. Rampouch dorůstá, pokud kapénky vody stékají na jeho spodní konec. Část této tekoucí vody mrzne a zbytek vody odkapává na zem. Avšak led nedorůstá stejnoměrně a objevuje se na určitých místech. Rampouchy jsou proto po celé své délce pokryty vlnkami v podobě kroužků, jejichž vzdálenost od sebe je asi 1 centimetr.

Výzkumníci z Ústavu nízkých teplot Univerzity v Hokkaido v Japonsku (Naohisa Ogawa [M2], Yoshinori Furukawa [M3]) vyvinuli teoretický model, který vysvětluje překvapivě stejnorodou strukturu rampouchů. Podle jejich modelu pro růst rampouchů jsou podstatné dva jevy. Prvním jevem je Laplaceova nestabilita související s latentním teplem, které se uvolňuje z povrchu rampouchu a uniká do vzduchu tenkou vrstvou vody. Tato nestabilita narůstá, protože teplo uniká rychleji z konvexních než z konkávních povrchů. Led tedy rychleji dorůstá v konvexních výčnělcích rampouchu než v konkávních vroubcích. Proto se vlnky na povrchu rampouchu zesilují. Druhým jevem je tok kapaliny. Tok tenké vrstvy vody omezuje rozptyl tepla ve vrstvě. Vrstva je proto stejnorodá a brzdí Laplaceovu nestabilitu. Tyto dva protichůdné jevy zajišťují, že všechny vlnky rampouchů mají stejnou vlnovou délku, přestože se délka rampouchů může lišit. Tato teorie také předpovídá, že vlnky se mohou pohybovat směrem dolů asi poloviční rychlostí, než je růst rampouchu. Výzkumníci doufají, že tuto předpověď brzy experimentálně ověří. Navíc výzkumníci doufají, že jejich teorie by mohla být užitečná také pro vysvětlení struktury minerálních stalagmitů, které někdy vidíme v jeskyních. (N. Ogawa and Y. Furukawa, Physical Review E, říjen 2002)

Záření o kmitočtu několika terahertzů (10¹² Hz) jen těžko najde nějaké uplatnění v elektronických zařízeních. Přesto má svůj potenciální význam v mnoha důležitých aplikacích, jako je provádění spektroskopie proteinů a analýza laserem vypálených struktur v polovodičích. Nový experiment, provedený pomocí laseru s volnými elektrony v Jeffersonově laboratoři, umožnil vytvoření pásma koherentního světla o kmitočtu několika THz s průměrným výkonem paprsku asi 20 Wattů, což je asi stotisíckrát lepší výkon, než dosahovaly předchozí zdroje. Světlo o tomto kmitočtu vzniká v impulsech o délce asi 500 femtosekund, tedy za dobu, jíž odpovídá průchod svazku elektronů malou oblastí magnetického pole. (Carr et al., Nature, 14. listopadu 2002.)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 613. November 13, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Intenzivní magnetická pole, s magnetickou indukcí o velikosti téměř jednoho gigagaussu vytvořili výzkumníci ozařováním husté plasmy intenzivním paprskem laseru. Tím otevřeli cestu ke studiu některých astrofyzikálních jevů v laboratoři. Na zasedání Oddělení plasmové fyziky Americké fyzikální společnosti v Orlando v listopadu 2002 výzkumníci z Imperial College v Londýně a z laboratoře Rutherford Appleton Lab ve Velké Británii oznámili experimentální důkaz supersilných magnetických polí, jejichž magnetická indukce je stokrát vyšší než dosud dosáhly nejsilnější zdroje v pozemské laboratoři a je více než miliardkrát silnější než přirozené magnetické pole Země. Taková intenzivní magnetická pole brzy umožní výzkumníkům simulovat extrémní astrofyzikální podmínky, jaké panují v atmosférách neutronových hvězd a bílých trpaslíků.

V laboratoři Rutherford Appleton Laboratory nedaleko Oxfordu ve Velké Británii výzkumníci na zařízení VULCAN posílali silné laserové impulsy o délce jen několika pikosekund do husté plazmy. Výsledná magnetická pole měla magnetickou intenzitu asi 400 megagaussů. Aby výzkumníci určili velikost těchto polí, měřili polarizaci světla o vysoké frekvenci emitovaného během tohoto experimentu. Měření publikovaná na konferenci APS potvrzují, že po velmi krátké okamžiky bylo dosaženo magnetické intenzity až jednoho gigagaussu. Díky technologickému pokroku pulsních laserů bude brzy možné vytvořit magnetická pole o ještě větší intenzitě. Proto bude možno modelovat některé extrémní astrofyzikální podmínky. (Poster CP1.125, 11. listopadu 2002; kontakt: Karl Krushelnick, Imperial College, University of London, [M1]; doplňující článek: Tatarakis et al., Nature, 17. ledna 2002)

Předchozí článek popisoval metodu vytváření intenzivních magnetických polí v laboratoři. Tento článek se zabývá rychlým měřením těchto polí. Fyzikům z Tata Institute a z Ústavu pro plasmový výzkum v Indii se poprvé podařilo podrobně zaznamenat silný magnetický impuls při ozáření atomů ve vzorku krátkým intenzivním zábleskem laseru. Magnetická pole o intenzitě až 27 megagaussů, tedy asi 50 miliónkrát intenzivnější než magnetické pole Země, byla velmi rychle vytvářena pomocí paprsku laseru o výkonu 10¹⁶ watt/cm², který dopadal na hliníkový terčík. Povrchová vrstva atomů se rychle ionizovala a vznikal výtrysk velmi rychlých elektronů doprovázený silným magnetickým polem. Většina laserů o vysokém výkonu se používá ke studiu důsledků dopadu intenzivního záření na pevný terčík. Indičtí výzkumníci se soustředili na studium magnetických polí ve femtosekundových intervalech pozorováním polarizace zpožděného paprsku druhého laseru, který se odrážel od částic plasmy ve vzorku.

Znalost chování intenzivních magnetických polí po velmi krátkou dobu může posloužit pro studium reakcí jaderné fúze a pro studium dalších jevů, kde mají význam silná magnetická pole, jako je jaderná magnetická resonance, Hallův jev a snad také rychlé ukládání informací do magnetických záznamů. (Sandhu et al., Physical Review Letters 25. listopadu 2002; kontakt: G. Ravindra Kumar, Tata Institute, [M2]; [X1])

Změřený nadbytek hélia ve vesmíru (asi 25 % veškeré normální hmoty) naznačuje, že připadá asi jeden proton na 10¹⁰ fotonů. Z toho mimo jiné vyplývá, že v určité počáteční fázi vývoje vesmíru byl téměř stejný počet protonů a antiprotonů, které postupně anihilovaly. Kvůli určité fundamentální asymetrii slabá jaderná interakce způsobila nadbytek hmoty nad antihmotou, takže protony existují v atomech dodnes. Standardní model částicové fyziky obvykle tuto asymetrii vyjadřuje ve formě "narušení symetrie CP". Symetrie CP znamená, že fyzikální interakce částic se nezmění, pokud změníme jejich náboj (symetrie C) a u všech souřadnic změníme znaménko (symetrie P). Standardní model úspěšně předpověděl, jak narušení symetrie CP způsobuje rozpad mesonů K a mesonů B, avšak není schopen vysvětlit, odkud pochází nadbytek baryonů (protonů a neutronů) ve vesmíru.

Nyní fyzikové z Univerzity v Hirošimě, z Univerzity Niiagata v Japonsku a z Národní univerzity v Soulu v Korei navrhli možné vysvětlení alespoň části nadbytku protonů pomocí rozpadu zatím hypotetických těžkých neutrin (dalšího typu kromě elektronových, mionových a tauonových). Jednou z testovatelných předpovědí této hypotézy je malá převaha počtu antineutrin nad počtem neutrin, jíž lze studovat v dalších plánovaných experimentech s oscilací neutrin. (Endoh, Physical Review Letters, 2. prosince 2002; kontakt: Takuya Morozumi [M3], Hiroshima University)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 614. November 20, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.