V knize Dana Browna Andělé a démoni, velmi úspěšném předchůdci Šifry mistra Leonarda, přišla skupinka extremistů zvaná Ilumináti s nápadem zaútočit na Vatikán s použitím antihmotové pumy. Ukradli ji v CERN, jaderné laboratoři stojící poblíž Ženevy. Spiklenci vědí, že přijdou-li hmota a antihmota do styku, nastane mohutný výbuch, mnohem silnější než exploze vodíkové pumy. Antihmotová puma je pouhá fikce, antihmota sama však nikoli.
Atomová bomba má při vší své strašné síle účinnost pouze jedno procento. V energii se promění jen nepatrný podíl uranu. Kdyby se ovšem dala sestrojit bomba s antihmotou, proměnila by v energii 100 procent své hmoty, a byla by tudíž mnohem účinnější než bomba atomová. (Přesněji řečeno, přibližně 50 procent hmoty by se přeměnilo v použitelnou výbušnou energii; zbytek by se rozptýlil ve formě nezachytitelných částic zvaných neutrina.)
O antihmotě se již dlouho a intenzivně spekuluje. Antihmotová puma sice neexistuje, fyzikové však dovedou použít svých mohutných urychlovačů k výrobě velmi malých množství antihmoty ke studijním účelům.
Částicové dvojče Na začátku dvacátého století si fyzikové uvědomili, že atomy se skládají z nabitých částic. Záporné elektrony v obalu obíhají kolem velmi malého jádra s kladným nábojem. Jádro se dále skládá z kladně nabitých protonů a elektricky neutrálních neutronů.
Ve 30. letech 20. století fyziky zcela šokovalo zjištění, že ke každé z těchto částic existuje dvojče, antičástice s opačným nábojem. První objevenou antičásticí se stal antielektron (zvaný také pozitron). Podařilo se ho najít na fotografiích kosmického záření z mlžné komory. Pozitron je v každém ohledu stejný jako elektron, až na to, že nese kladný náboj.
Roku 1955 vyprodukoval urychlovač Bevatron na univerzitě v Kalifornii v Berkeley první antiproton. Tato částice je v souladu s očekáváními identická s protonem, jen má záporný náboj. V podstatě lze tedy vytvořit antiatomy (v nichž obíhají pozitrony okolo antiprotonů). Teoreticky skutečně mohou existovat antiprvky, antisloučeniny, antilidé, antizemě, a dokonce i celé antivesmíry.
Obří urychlovače v CERN a ve Fermilabu poblíž Chicaga jsou nyní schopny vytvářet malá množství antivodíku. V naprostém vzduchoprázdnu by tyto antiatomy mohly žít věčně. Avšak vinou nečistot a nárazů do stěn se nakonec setkají s obyčejnými atomy a anihilují se (vlastně zanikají), čímž se uvolní energie.
Roku 1995 se CERN zapsal do historie vytvořením devíti atomů antivodíku. Brzy ho následoval Fermilab s výrobou jednoho sta atomů antivodíku.
V principu nám kromě vysokých výrobních nákladů nic nebrání ani ve vytváření vyšších antiprvků. Ovšem výroba pouhých 250 gramů antiatomů by přivedla na mizinu každý národ. V současnosti se vyrábí něco mezi miliardtinou a desetimiliardtinou gramu antihmoty ročně.
Také zacházení s antihmotou nás staví před mimořádné problémy, neboť jakýkoli její kontakt s hmotou je výbušný. Vložit antihmotu do obyčejné nádoby by bylo sebevraždou. Při doteku s jejími stěnami by antihmota vybuchla. Jak tedy s choulostivou antihmotou zacházet? Jedním ze způsobů by bylo ji nejprve ionizovat na ionizovaný plyn a pak ji bezpečně uložit do „magnetické lahve“. Magnetické pole by pak zabránilo antihmotě, aby se dotkla stěn komory.
K postavení motoru poháněného antihmotou by musel reakční komoru zásobovat stálý proud antihmoty, která by se v něm mísila s obyčejnou hmotou a vytvářela kontrolovaný výbuch obdobný tomu, jaký vzniká v chemických raketách. Ionty, vznikající při tomto výbuchu, by se pak vystřelovaly z jednoho konce antihmotové rakety a poháněly tak loď. Kvůli své účinnosti je to teoreticky jeden z nejslibnějších principů pohonu pro budoucí hvězdné koráby. V seriálu Star Trek je antihmota zdrojem energie lodi Enterprise; její motory jsou poháněny řízeným stykem hmoty s antihmotou. Na Mars za několik týdnů Jedním z hlavních zastánců rakety na antihmotu je fyzik Gerald Smith z Pensylvánské státní univerzity. Je přesvědčen, že již čtyři miligramy pozitronů by stačily k tomu, aby se antihmotová raketa během několika týdnů dopravila na Mars. Poukazuje na to, že hustota energie v antihmotě je přibližně miliardkrát vyšší než v obyčejném raketovém palivu.
Prvním krokem ve výrobě takového paliva by bylo vytvořit v urychlovači proudy antiprotonů a následně je skladovat v tzv. Penningově pasti, kterou Smith staví. Má vážit asi 100 kg (většinu tvoří dusík a hélium v kapalném stavu) a zadržovat v magnetickém poli asi bilion antiprotonů.
Smith uvádí, že by měla být schopna udržovat antiprotony po dobu zhruba pěti dnů. Chystaný prototyp by měl být schopen uskladnit asi miliardtinu gramu antiprotonů, Smithovým cílem je však vytvořit Penningovu past schopnou zadržovat až mikrogram antiprotonů.
Ačkoli je antihmota nejdrahocennější látkou na světě, její cena se každým rokem dramaticky snižuje. Nová součást urychlovače stavěná ve Fermilabu na okraji Chicaga by měla být schopna zvýšit produkci antihmoty desetkrát, z 1,5 nanogramu na 15 nanogramů ročně, což by mělo její cenu dále snížit.
Harold Gerrish z NASA je přesvědčen, že s dalšími zdokonaleními by náklady mohly reálně klesnout až na 5000 dolarů za mikrogram. Steven Howe z firmy Synergistics Technologies v Los Alamos v Novém Mexiku říká: „Naším cílem je přesunout antihmotu z oblasti sci-fido skutečnosti a komerčně ji využívat v oblasti dopravy a medicíny.“ Současné urychlovače slouží především výzkumu, ne jako továrny na antihmotu. Proto Smith plánuje stavbu nového urychlovače, speciálně určeného k výrobě značného množství antiprotonů, čímž by se snížila jejich cena.
Smith očekává, že jakmile se pomocí pokročilejších technologií a hromadné výroby podaří snížit cenu antihmoty ještě výrazněji, stane se raketa na tento pohon standardním prostředkem meziplanetárních a snad i mezihvězdných cest. Do té doby však zůstanou antihmotové rakety na rýsovacích prknech.
Převzato z knihy Fyzika nemožného, kterou vydala nakladatelství Argo a Dokořán. Text zkrátila a upravila redakce LN.
***
MICHIO KAKU
Narodil se 1947 v kalifornském San Jose v rodině japonských imigrantů. Působí jako profesor teoretické fyziky na Univerzitě města New York. Je považován za průkopníka nových směrů, mimo jiné i teorie superstrun. Věnuje se také futurologii. Kromě učebnic a vědeckých publikací je autorem populárně naučných knih. Česky vyšly třeba Hyperprostor (Hypespace), Paralelní světy (Parallel Worlds), Einsteinův vesmír (Einstein’s Cosmos) a nejnověji Fyzika nemožného (Physics Of The Impossible).
S antihmotou do vesmíru
Antičástice vytvořené ve vědeckých laboratořích by mohly v budoucnu posloužit jako palivo pro rakety mířící do kosmu. Zatím se ale antihmotu daří vyrobit jen v malém množství a ne právě nejlevněji.
Ve filmu Andělé a démoni posloužila antihmota ukradená z CERN jako bomba. Magnetické pole brání jejímu styku s hmotou stěny nádoby. Když magnetické pole přestane působit, dojde k silné explozi.
Urychlovač Bevatron na univerzitě v Kalifornii v Berkeley vyprodukoval už v 50. letech první antiproton - částici identickou s protonem, která má ovšem záporný náboj.
Raketa na antihmotu podle představ NASA
Ve sci-fi seriálu Star Trek je antihmota zdrojem energie lodi Enterprise. Její motory jsou poháněny řízeným stykem hmoty s antihmotou. A podle vědců by se něco podobného mohlo stát realitou.
