Kvark-gluonová plazma objevena?
V únoru letošního roku ohlásil CERN, evropský ústav pro částicovou fyziku v Ženevě, objev kvark-gluonové plazmy. Co to je a proč to fyzici hledají? Už dávno se lidé zajímají, z čeho je vlastně svět. Ve starém Řecku vymysleli pro nejmenší částečky hmoty pěkné slovo - atom, ale jejich technika nedovolovala se o atomech cokoli konkrétního dozvědět. Mohli ovšem polehávat ve stínu oliv, inspirovat svou mysl vínem, a uvažovat, jak by to s těmi atomy mohlo být. Pak se na dlouhou dobu na atomy zapomnělo. Ale jak postupovalo poznání chemických reakcí a chování plynů, znovu se vytvořila představa o molekulách a atomech jako nejmenších částicích hmoty. Ostatně když kápnete kapku oleje na louži a podíváte se, na jak velký flek se roztáhla, můžete sami odhadnout, jak je tlustá vrstva oleje a tedy jak mohou být velké olejové molekuly, jestliže se na louži koupou jedna vedle druhé, ale jen v jedné vrstvě. Možná dojdete k odhadu, že molekula je velká mezi 0,000 000 000 1 a 0,000 000 001 m.
Až do roku 1911 se však nikdo na atom a zvláště do jeho nitra nepodíval. Udělal to až Ernest Rutherford a jeho kolegové Geiger a Marsden, když částicemi alfa vyletujícími z radioaktivního plynu radonu ostřelovali zlatou fólii a koukali se, kam částice alfa poletí. Kupodivu některé se odrazily dozadu a pan Rutherford vymyslel model atomu, který to dokázal vysvětlit na rozdíl od modelů jiných. V jeho modelu byl atom skoro prázdný, jen veprostřed trůnilo mrňavé (v případě zlata asi 0,000 000 000 000 006 m) a těžké jádro. V prázdnotě okolo jádra se prohánějí elektrony. V dalších letech experimenty prokázaly, že tento model je správný a lidé se dokonce naučili počítat a předpovídat, jak elektrony v atomu poletují. Bylo to totiž těžké pochopit - elektrony se tam zdaleka nechovají jako kuličky poslušně obíhající kolem jádra jako planety kolem Slunce. Spíš se tam nekontrolovatelně hemží tak, že můžeme leda říct, kde jsou nejčastěji. Teorii, která jejich chování popisuje (kvantové mechanice), ani dnes nerozumí zdaleka každý.
Menší a elementárnější než atom bylo tedy jádro. Tož fyzikové začali zkoumat jádro. Okolo poloviny 20. století o něm už věděli tolik, že ho dokázali na povel rozštěpit, s ohromujícími účinky poprvé v červenci 45 v poušti Alamogordo. To už věděli, že jádro je složené z ještě elementárnějších částic - protonů a neutronů. Po válce další výzkumy objevily piony, antiprotony a mnoho dalších částic. Začal to být nepřehledný zvěřinec. Pořádek do něj vnesli fyzici Zweig a Gell-Mann, kteří navrhli stavebnicový model složení elementárních částic (tedy přesněji ne všech, protože elektron se zdál tak malý, že není třeba uvažovat o jeho součástech, foton, který se vlní tu v rytmu hudby na FM, tu v rytmu světla ze Sluníčka a tu v rytmu gama-záření, také nikdo skládat nechtěl).
Když už jsme se smířili s představou, že například známé protony a neutrony jsou složeny z kvarků, které jsou pohromadě drženy gluony, můžeme začít uvažovat o tom, co se stane, když do sebe dvě jádra s děsně velkou energií narazí. Na obrázku vidíte simulaci takové srážky.
Dá se totiž očekávat, že v takovém případě se neudrží jednotlivé protony a neutrony pohromadě, ale že spíš vznikne něco jako bramborový salát, promiňte, kvarkový salát, držený pohromadě nikoli majonézou, ale gluony. Tomu se říká kvark-gluonová plazma. Její vytvoření ve srážkách těžkých jader při vysokých energiích můžeme očekávat, ale chtělo by to experimentální důkaz (ve fyzice totiž na rozdíl od politiky nerozhodují sliby před volbami, ale experimenty). Několik takových experimentů bylo v CERN prováděno v posledních letech. Fyzikové například studovali narození jedné exotické částice složené z beauty kvarku a jeho antikvarku. Ta se totiž může narodit někdy v počátečních fázích srážky jader a je otázka, zda přežije dost dlouho, aby mohla vlétnout fyzikům do detektoru. Předpovědi přežití v prostředí srážejících se jader se trochu liší pro model, ve kterém zůstanou protony a neutrony jako pěkně pohromadě držící částice a jen se v jejich srážkách narodí pár pionů, a pro model s vytvořením kvark-gluonové plazmy. Zdá se, ale není to potvrzeno nade vši pochybnost, že přece jen výsledky experimentu mluví ve prospěch kvark-gluonové plazmy. Ale to, že potvrzení není definitivní, znamená, že je velmi potřebné si lehnout pod olivu, osvěžit mysl vínem a přemýšlet o dalších experimentech.