LEAR (Low Energy Antiproton Ring)

Do našeho povědomí o fyzicích zabývajících se elementárními částicemi již vešlo, že usilují o to, postavit urychlovače částic na co nejvyšší energie. Zabývají se však také procesem opačným, tj. zpomalením antiprotonů, které vznikají ve srážkách relativistických protonů s terčíkem. LEAR je akronym pro prstenec, který v CERN produkuje již od r. 1984 antiprotony nízkých energií (to jsou dnes pro fyziky už i energie kolem 1 milionu elektronvoltů).

V dokonalém vakuu by antiproton měl vydržet přesně stejně dlouho jako proton, tj. nejméně 10³² let, což je experimentálně stanovená spodní mez doby života protonu. Ve velmi dobrém vakuu dosaženém aparaturami v CERN udrželi fyzikové antiprotony po několik měsíců v elektromagnetických pastích. Nicméně to, co fyzikové shledali zajímavým, bylo nějakých 15 mikrosekund na konci života zpomalených antiprotonů.

Atomové jádro je tak nepatrné, že i tyto zpomalené antiprotony se do něj trefí jen vzácně. Ztrácejí dál svoji energii elektromagnetickými interakcemi s prostředím a když se jejich energie dostane do oblasti 10 eV, dochází k dramatickým změnám. Záporně nabitý antiproton může spolu s atomovým jádrem vytvořit vázaný stav (jazykoví puristé si mohou lámat hlavu názvem pro tento útvar: v případě, že takovýto útvar vytvoří např. záporně nabitý mezon m, mluvíme o exotických atomech; antiproton je však rovněž atomové jádro a vázaný stav dvou atomových jader je útvar známý jako molekula, angličtina si vypomohla příšernou složeninou "atomcule"). Jakmile je jednou antiproton vázaný, je obtížné jej opět uvolnit. Kaskádou z vysokých stavů na nízké se dostane do dosahu silných sil atomového jádra a dojde k anihilaci. Fyzikové dovedou spočítat čas, jak dlouho by to mělo trvat od zachycení antiprotonu do jeho anihilace v jádře. Roku 1991  M. Iwasaki se spolupracovníky v japonské laboratoři KEK zjistili, že anihilace některých antiprotonů v tekutém heliu byla opožděna o nějakých 15 mikrosekund. V protoniu (vázaném stavu protonu a antiprotonu) nic podobného nebylo pozorováno. Na zařízení LEAR v CERN byl tento experiment potvrzen tentokrát s plynným heliovým terčíkem. Pro fyziku je tento jev významný mj. proto, že běžné formule tento jev nepopisují. Týká se to 3,3 % antiprotonů. Ty ostatní anihilují během 100 nanosekund.

Europhys. News 24, 172-174, 1993