Záhadné pozitrónium
Valentín Korinek - 2020-10-02

Záporne nabitý elektrón (modrý) a pozitívne nabitý pozitrón (červený) tvoria pozitrónum. (T.Tibbitts)

Nové meranie exotického „atómu“ - pozostávajúceho z elektrónu a jeho antičastice, pozitrónu - nesúhlasí s teoretickými výpočtami.


Vedci tvrdia, že je málo pravdepodobné, aby došlo k chybe buď vo výpočtoch alebo priamo v experimente. Pozitrónium je zložené z elektrónu, krúžiaceho na obežnej dráhe s pozitrónom, čím sa efektívne vytvára atóm (exotický atóm) bez jadra. Len s týmito dvomi časticami a bez zložitosti jadra je pozitrónium v svojej jednoduchosti skoro dokonalé. Táto simplicita nám umožňuje použiť atóm na presné testovanie teórie kvantovej elektrodynamiky, ktorá vysvetľuje, ako elektricky nabité častice interagujú.


Vedci z University College v Londýne zmerali medzery medzi dvoma špecifickými hladinami energie pozitrónia. Pozitrónium vytvorili zrážaním lúča pozitrónov s elektrónmi. Po  narážaní do pozitrónia pomocou lasera tak, aby sa dostali na vhodnú úroveň energie, ho ešte zasiahli mikrovlnným žiarením, aby niektoré z týchto exotických atómov prinútili prejsť na inú úroveň energie.


Vedci určili frekvenciu žiarenia potrebnú na zistenie medzier medzi úrovňami energií. Kým frekvencia predpokladaná z výpočtov bola asi 18 498 MHz, nameraná frekvencia bola 18 501 MHz, čo je rozdiel asi 0,02 %. Vzhľadom na to, že experimentálna odchýlka bola 0,003%, to bol obrovský rozdiel.


Prešli sa teda všetky postupy experimentu hľadajúc chyby, ktoré by mali za následok takýto obrovský rozdiel nameraných frekvencií, no nič sa nenašlo. Na vyriešenie nesúladu je preto potrebné urobiť ďalšie detailnejšie experimenty.


V teoretickej rovine kvantovej elektrodynamiky vypracovanie predpovedí zahŕňa možnosti výpočtov len po určité hranice, hlavne tých ktorých výrazy sú menej významné a ich výpočet je zložitejší. Očakáva sa, že tieto dodatočné podmienky budú príliš malé na to, aby sa zohľadnili tieto nezrovnalosti.


Ak sa experimenty a teoretické výpočty skontrolujú, nesúlad môže byť spôsobený novou časticou, no zdá sa to málo pravdepodobné. Účinky novej častice by sa totiž viac menej prejavili už v predchádzajúcich pokusoch ako napríklad ovplyvnenie energetických hladín pozitrónia práve hypotetickou axiónovou časticou. Ide o časticu, ktorá má potenciál vysvetliť temnú hmotu, neviditeľný druh hmoty, o ktorej sa predpokladá, že tvorí väčšiu časť vesmíru.


Keby však tento typ častice spôsoboval tento nesúlad, vedci by tiež videli jeho účinky pri meraní magnetických vlastností elektrónu a jeho ťažšieho bratranca, muónu.


Záverom môžeme zhodnotiť, že možno aj takéto experimenty  nám pomôžu rozšíriť naše vedomosti v kvantovej fyzike a to nájdením častíc ako sú axióny.

–––––––
*Pozitrónium (Ps) je sústava zložená z elektrónu a jeho antičastice, pozitrónu, ktoré sú spojené do exotického atómu. Orbitály týchto dvoch častíc a zloženie energetických hladín sú podobné ako v atóme vodíka zloženého z elektrónu a protónu. Z dôvodu menšej redukovanej hmotnosti sú frekvencie spojené s spektrálnymi čiarami menšie ako polovičné v porovnaní so zodpovedajúcimi čiarami vodíka.