Rozptyl fotonu na fotonu ve vakuu může vést k objevu nových částic, vysvětluje fyzička

Fotony emitované v laseru - ilustrační foto
Fotony emitované v laseru - ilustrační foto

Zkoumání procesů v kvantovém vakuu české vědkyni zajistilo cenu L'Oréal-UNESCO pro ženy ve vědě (FWIS). Hostem Studia Leonardo byla teoretická fyzička Hedvika Kadlecová z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky, která působí v Laserovém centru ELI v Dolních Břežanech.

„Vakuum je prázdné prostředí. Ale prázdnost vakua může mít různé vlastnosti,“ upozornila badatelka. „Ve světe vědeckých experimentů existuje několik tříd vakua podle toho, jak nízký tlak v něm je. Mě ale jako teoretického fyzika zajímá vakuum, které máme ve vesmíru.“

Jde o prázdný prostor s velmi nízkým tlakem a teplotou. „Z kvantové teorie pole víme, že vakuum  není úplně prázdné, ale že zde dochází ke fluktuaci částic... Ve vakuu, které nastavíme tady na Zemi, nemusí probíhat některé procesy, které probíhají ve vesmírném vakuu.“

„Příkladem může být rozptyl fotonu na fotonu, které zkoumáme na ELI... Foton je jedinečný tím, že má nulovou hmotnost a rychlost světla, čímž se odlišuje od elektronu, pozitronu a dalších částic.“

Zkoumáme například fotony, které jdou proti sobě a to, jestli se minou, nebo jestli zareagují. V zemské atmosféře se minou, ale v prostředí vakua se mohou srazit... Tehdy vzniká výsledné rozptylné záření a to nás zajímá.
Hedvika Kadlecová

Pokud vědci určí vlastnosti záření, které rozptylem vznikne, bude to mít význam nejen pro fundamentální fyziku „Mohou se tak objevit třeba nové částice, například ty, které zprostředkovávají interakce, o kterých zatím nevíme. Takovou je třeba černá hmota, o které se všude mluví.“

„Pro praktické účely to může znamenat, že můžeme mít tento proces v krabičce a využít ho jako nový zdroj záření... Jeho užití je ve všech možných oblastech, včetně medicínských přístrojů,“ dodala Kadlecová.

Proces pozorování je ale velmi složitý. „Efekt je velmi slabý a je potřeba opravdu velmi vysokých energií, aby vůbec k procesu došlo.“

„Náš návrh na zkoumání tohoto záření je teoretický a čekáme na experimentální skupinu, která by si to vzala. Bude vakuová komora, kam budeme přivádět dva laserové svazky, které budeme srážet proti sobě. To bude náročné, protože vakuum bude nutné udržovat, což nebude v zemských podmínkách jednoduché. Tento experiment má běžet rok.“

Poprvé byl proces rozptylu fotonu na fotonu pozorován v CERNu v roce 2017. Tehdy to byl vedlejší efekt a byl pozorován nepřímo... V našem projektu jde ale přímé pozorování, takže my máme záření, které vychází ze srážky, víme že tam vznikly další procesy a částice... Například gammafotony, na jejichž detekci se chceme zaměřit.
Hedvika Kadlecová

Fyzička vysvětlila, že cílem je vznikající gammafotony kumulovat, stáčet do kruhu a tak se zase srážet. „Tím pádem získáme silnější efekt.“

Počet gammafotonů, které vědci při tomto procesu získají, je velmi nízký. „Třeba jen dva nebo tři denně, protože tento efekt je opravdu velmi slabý. Ale protože máme k dispozici petawattové lasery, tak energie je tak vysoká, že můžete tyto nové procesy simulovat.“

„Zatím je rozptyl fotonu na fotonu v rovině teoretické... Ale až se experimentátoři tento proces naučí a budeme schopni tyto procesy ve vakuu ovládat, tak se postupně vše začne posouvat k aplikacím a to bude obrovský boom,“ předpověděla teoretická fyzička Hedvika Kadlecová.

Spustit audio
autoři: Veronika Paroulková, Ondřej Čihák|zdroj: Český rozhlas

Související