Plazmové ohnivé koule hmoty a antihmoty z černých děr, které vytvořil CERN

Je známo, že supermasivní černé díry chrlí gigantické paprsky plazmatu do vesmíru – a nyní se vědcům podařilo tyto ohnivé koule znovu vytvořit v laboratoři v CERNu.

Přestože jsou černé díry známé tím, že pohlcují vše, co se zatoulá příliš blízko, dokonce i světlo, jsou velmi nepořádní jedlíci. Extrémní fyzika probíhající v jejich blízkosti vrhá materiál všude kolem a v některých případech se koncentruje do výtrysků hmoty urychlených téměř na rychlost světla.

Předpokládá se, že tyto relativistické výtrysky, jak se jim říká, obsahují plazma složená z elektronů a jejich ekvivalentu antihmoty, pozitronů. Ale jak přesně se tato látka vyrábí a jaké to má účinky, je obtížné měřit z astronomických pozorování a počítačových simulací.

Vědci z CERNu se tedy rozhodli vytvořit své vlastní verze v laboratoři. Pomocí zařízení High-Radiation to Materials (HiRadMat) tým zachytil 300 miliard protonů ze Super Proton Synchrotron a odpálil je na cíle vyrobené z grafitu a tantalu. To spouští kaskádu částicových interakcí, které generují dostatek elektron-pozitronových párů k udržení stabilního stavu plazmy.

Laboratoř univerzity v Rochesteru pro laserovou energetiku ilustrace / Heather Palmer

Nejprve se protony rozbijí na uhlíková jádra v grafitu s dostatečnou energií, aby uvolnily elementární částice uvnitř nich. Mezi nimi jsou neutrální piony, které se rychle rozpadají na vysokoenergetické gama paprsky. Tyto paprsky gama pak interagují s elektrickým polem tantalu, které zase vytváří páry elektronů a pozitronů. V tomto testu bylo vyrobeno ohromujících 10 bilionů elektron-pozitronových párů, což je více než dost na to, aby se začalo chovat jako skutečné astrofyzikální plazma.

„Základní myšlenkou těchto experimentů je reprodukovat v laboratoři mikrofyziku astrofyzikálních jevů, jako jsou výtrysky z černých děr a neutronových hvězd,“ řekl Gianluca Gregori, spoluautor studie. „To, co o těchto jevech víme, pochází téměř výhradně z astronomických pozorování a počítačových simulací, ale dalekohledy ve skutečnosti nemohou zkoumat mikrofyziku a simulace zahrnují aproximace. Laboratorní experimenty, jako jsou tyto, jsou mostem mezi těmito dvěma přístupy.

Výzkum byl publikován v časopise Příroda komunikace.

Zdroje: CERN, University of Rochester