I vy máte doma… antihmotu

 Máte doma antihmotu? Nejspíš ne. Můžete si být ovšem jistí, že máte doma antičástice. A dokonce je nosíte s sebou. (délka blogu 5 min.) 

Tajemná antihmota

Když se antihmota setká s normální hmotou, obě látky navzájem anihilují. Uvolní se přitom velké množství energie ve formě záření, říká definice. 

V našem vesmíru se moc antihmoty nenalézá - a je to určitě naše štěstí. Pokud by bylo antihmoty tolik, že by neustále docházelo k většímu počtu anihilací, nevznikl by ve vesmíru život - už jen kvůli neustálému vlivu silného záření. 

Existenci antihmoty popsal v roce 1928 anglický fyzik Paul Dirac. Zkombinoval kvantovou mechaniku a speciální teorii relativity - a z rovnic mu vycházelo řešení se zápornou energií. Řešení mohlo být buď nesmyslné, nebo představovat zatím neznámý druh částic - antičástice. 

První antičástice byla objevena hned čtyři roky poté - v roce 1932 se o to zasloužil americký fyzik Carl David Anderson. Ten jí dal také název - pozitron, jednalo se totiž o kladně nabitou částici - antičástici elektronu. 

K dnešnímu dni umějí fyzici vyrobit nejen jednotlivé částice, ale dokonce i skutečnou antihmotu - i když se jedná jen o nejjednodušší chemický prvek - antivodík. Ten se skládá z jednoho pozitronu a jednoho jádra antiprotonu. A nejen to. Vědci umí tento antiprvek nejen vyrobit, ale také zachytit a zkoumat. Zjistili například, že má stejné vlastnosti jako vodík. 

Praktické využití pozitronu

Zatímco je výroba antihmoty skutečně exotická a jsou k ní potřeba komplikované přístroje (urychlovače, magnetické pasti, atd.), jednotlivé pozitrony se dají vyrobit překvapivě jednoduše. Tak jednoduše, že se už začaly využívat v lékařské diagnostice. Vyšetřují se jimi metabolické procesy, záněty nebo třeba nádory. 

Metoda se jmenuje PET - pozitronová emisní tomografie. 

Pacientovi se vpíchne neškodný radioaktivní přípravek, obsahující například radioaktivní izotop fluor-18. Ten pak při rozpadu emituje pozitron, který na místě vzniku okamžitě narazí na elektron. Obě částice anihilují a vzniknou dvě světelná kvanta (fotony). 

Oba fotony mají energii 511 keV (toto množství energie odpovídá hmotnosti elektronu podle Einsteinovy rovnice). Pohybují se přesně opačným směrem a procházejí tělem téměř bez překážek. 

Detektor ve tvaru prstence, který obklopuje pacienta, tyto fotony registruje a sčítá. Počítač pak na základě naměřených dat vypočítá, kolik přípravku se dostalo do kterých částí těla.

Metoda dává výsledky podobné jako rentgen, je ale daleko šetrnější. Touto metodou se dá registrovat prakticky každý vzniklý pozitron, zatímco u rentgenového přístroje je potřeba velké množství fotonů. 

Vaše domácí antičástice

Pozitrony máte mimochodem i vy - přímo doma. Může za to jeden z izotopů poměrně běžného chemického prvku - draslíku. 

Na rozdíl od radioaktivního izotopu fluoru-18, který se vyrábí těsně před lékařským vyšetřením, se draslík-40 vyskytuje na Zemi už od jejího vzniku. Má relativně dlouhý poločas rozpadu - kolem 1,28 miliardy roků. To znamená, že od vzniku naší planety uběhly zatím jen asi tři poločasy rozpadu. Zůstala ho tedy zhruba osmina původního množství - dost na to, aby se běžně nacházel všude kolem nás. 

Draslík-40 se rozpadá na argon-40, pozitron a neutrino. Každý rozpad tedy vygeneruje jeden pozitron - částici antihmoty. 

V přírodním draslíku je tohoto radioaktivního izotopu obsaženo jen malé množství - kolem 0,0119 %. To znamená, že jeden gram přírodního draslíku má aktivitu 31,6 Bq draslíku-40. Jinými slovy - během jedné vteřiny se v jednom gramu draslíku statisticky rozpadá 31,6 jader. 

Draslík nejspíše doma neskladujete - jistě ale máte (alespoň čas od času) doma … banány. Ty obsahují poměrně vysoké množství draslíku a právě proto jsou zdrojem antičástic. U banánu se dá očekávat, že vyzáří jeden antielektron každých zhruba 75 minut. Velký trs banánů na vás tedy zásobí poměrně značným množstvím antičástic - a nepotřebuje k tomu ani komplikovaná a drahá zařízení jako například urychlovač v CERNu. 

To ale ještě není všechno.

I my sami obsahujeme draslík. V těle běžného člověka by se mělo nacházet přibližně 170 gramů tohoto chemického prvku. Znamená to, že v našem těle dochází každou vteřinu ke zhruba 5000 rozpadům jader draslíku-40. Vzniklé pozitrony samozřejmě pohltí okolní hmota, takže anihilují s jejími elektrony. Ale zhruba každých 20 minut dojde k rozpadu blízko povrchu těla, takže každý člověk vyzařuje přibližně tři pozitrony za hodinu. 

V přeplněném vlaku nebo metru máte tedy antihmotu (antičástice) přímo na dosah.