Uhrančivé srážky na částic na LHC. Kredit: CERN.

Einsteinova speciální teorie relativity předpovídá řadu věcí. Některé z nich nepředstavují pro soudobou fyziku problém. Jiné ale stále unikají dychtivým badatelům, jako nepolapitelné přízraky. Takovým přízrakem speciální relativity je i jedna zcela speciální forma hmota, která se vzpěčuje objevení už déle než desetiletí. Posádka největšího přístroje na světě, tedy Velkého hadronového srážeče LHC v podzemí Evropy, se teď ale už domnívá, že by mohli být na samotném okraji objevu této pozoruhodné hmoty.

Daniel Tapia Takaki. Kredit: University o Kansas.

Řeč je o hmotě, jejíž název je skoro stejně tajuplný a psychedelický, jako její povaha. Jde o takzvaný kondenzát barevného skla, anglicky „color glass condensate“. Je pikantní, že vědci na LHC v tomto případě nesledují srážky částic a jejich následky, nýbrž částice, které se při průletu srážečem částic jen těsně minou.

Ve Standardním modelu částicové fyziky je téměř všechna viditelná hmota držena pohromadě elementárními částicemi gluony. Gluony představují lepidlo, které k sobě slepuje kvarky, takže mohou vytvářet třeba protony a neutrony, bez nichž by neexistovala atomová jádra. Pokud jdou ale protony urychleny na rychlosti blízké rychlosti světla, tak dojde k podivnému jevu. Začnou se v nich splašeně množit gluony.

Jak uvádí vedoucí výzkumu Daniel Tapia Takaki z americké University of Kansas, gluony se v urychlených protonech rozdělí na dvojice gluonů o nižší energii, a tak to pokračuje stále dál. V určitém okamžiku by měl počet gluonů ve „vnitřnostech“ protonu dosáhnout limitu, který nemůže překročit. V této chvíli se zrodí vytoužený kondenzát barevného skla. Fyzici jsou očividně mistři pojmenovávání divných jevů, jejichž názvy pak podněcují divoké fantazie. Barevné sklo je doposud zcela hypotetickým stavem hmoty, který by měl existovat v extrémně energetických protonech a rovněž v těžkých atomových jádrech.

Co se skrývá pod hladinou LHC? Kredit: CERN.

Fyzici jsou přesvědčeni, že by kondenzát barevného skla mohl vysvětlit celou řadu neobjasněných záhad soudobé fyziky. Týká se to například vzniku nových částic během srážek za vysokých energií anebo toho, jak je vlastně hmota rozložená uvnitř částic. Teď už jen zbývá barevné sklo objevit, o což se vědci usilovně snaží. Jisté náznaky existence barevného skla se objevily již dříve, zatím to ale nebylo nic přesvědčivého.

Takaki a spol. využívají při hledání barevného skla toho, že elektricky nabité částice, jako třeba právě protony, při urychlení na vysoké rychlosti vytvářejí silná elektromagnetická pole a uvolňují energii v podobě vysokoenergetických fotonů. Tyto fotony byly až donedávna považovány za nechtěný vedlejší produkt urychlování částic. Teď ale velmi pomáhají s hledáním barevného skla. Jde o to, že když se na LHC těsně minou urychlené protony, tak proletí hejnem rozbouřených vysokoenergetických fotonů a může dojít ke srážce mezi protonem a fotonem. Když takový vysokoenergetický foton zasáhne proton, tak vzniknou rozmanité částice, aniž by se ale dotyčný proton rozpadl. Vytvořené částice zachytí detektory LHC, což vědcům umožňuje velmi přesně rekonstruovat vnitřek protonu.

Takakiho tým hlásí, že se jim nedávno poprvé podařilo nepřímo změřit hustotu gluonů v protonu na čtyřech různých energetických hladinách. A na nejvyšší z těchto energetických hladin objevili doklady, že se tam začíná tvořit kondenzát barevného skla. Zatím ale prý zbývá zodpovědět celou řadu otázek. Kondenzát barevného skla prozatím oficiálně zůstává prchavým přízrakem speciální teorie relativity.

Literatura
Live Science 24. 9. 2019.