30-3 Antiprotón a antineutrón

30-3 Antiprotón a antineutrón

Po experimentálnom potvrdení Diracovej teórie pozitrónu sa fyzici pustili s veľkým záujmom do hľadania antiprotónu – tie majú záporný elektrický náboj a presne hmotnosť protónu (boli by to záporné protóny). Nakoľko hmotnosť protónu je 1840-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu, k jeho vytvoreniu je treba výrazne väčšia energia, ako k vytvoreniu pozitrónu. Dalo sa očakávať, že protón-antiprotónový pár vznikne len vtedy, ak nejakú látku, stojatý terčík, budeme bombardovať takými časticami, ktorých kinetická energia bude minimálne 4,4 GeV (4,4 miliardy elektronvoltov). Za týmto účelom začali stavať na Kalifornskej univerzite v Berkeley ale aj v Brookhavenskom národnom laboratóriu na Long Islande v New Yorku obrovské urýchľovače častíc – na západnom brehu ho nazvali Bevatron, na východnom pobreží Cosmatron. Cieľom bolo urýchliť v týchto urýchľovačoch častice na takú energiu, ktorá bude postačovať k tvorbe protón-antiprotónového páru. Závody vyhrali fyzici na západnom brehu, keď v októbri 1955 ohlásili, že pri bombardovaní terčíku s časticami s energiou 6,2 GeV, z  terčíka začali vylietavať záporne nabité protóny.

Pozorovanie antiprotónov vznikajúcich v terčíku je sťažené desiatkami tisíc iných vznikajúcich častíc, pomedzi ktorými sa objaví občas antiprotón. Ten je treba odfiltrovať od veľkého množstva častíc, ktoré antiprotónom nie sú. Tento problém sa vyriešil zložitým labyrintom magnetických polí a štrbín, ktorými dokázali prejsť len častice, ktoré mali vlastnosti antiprotónu. Ak prúd častíc vznikajúcich v Bevatrone pri bombardovaní terčíka nasmerovali do tohto labyrintu, experimentátori sa mohli tešiť, že raz za 6 minút zaregistrovali antiprotón. Ďalšie skúmanie ukázalo, že takto odchytené častice boli skutočne antiprotóny, ktoré vznikali v terčíku Bevatronu pri bombardovaní vysokoenergetickými časticami. Ich hmotnosť bola rovná hmotnosti protónu, teda 1840-násobku hmotnosti elektrónu a mali záporný elektrický náboj.

Podobne, ako v prípade pozitrónu prechádzajúceho látkou, kde je veľa normálnych elektrónov a dôjde jeho anihilácii, rovnako sa očakávalo, že pri zrážke antiprotónu s protónom dôjde k anihilácii protón-antiprotónového páru. Táto anihilácia však skoro 2000-krát prevyšuje energiu uvoľnenú pri anihilácii elektrón-pozitrónového páru, a prebieha sprevádzané veľmi búrlivým vznikom mnohých častíc, rozmetaných hviezdicovom tvare na všetky strany.

Existencia antiprotónu je vynikajúcim príkladom teoretických predpovedí symetrických vlastností hmoty v prírode (každá častica má svoju antičasticu – majú rovnakú hmotnosť, ale opačné náboje).

V roku 1956 nasledoval objav antineutrónu, teda tej častice, ktorá je v takom istom vzťahu s neutrónom, v akom vzťahu je antiprotón s  protónom. Nakoľko neutrón nemá elektrický náboj, rozdiel medzi neutrónom a antineutrónom možno overiť jedine ich schopnosťou anihilovať.