Student World

Jak jsme uvedli v předcházejících částech našeho článku, kvark-gluonové plazma je stav „prahmoty“, která se ve vesmíru vyskytla na krátký okamžik, než se zformovaly nukleony. Nyní se ve vesmíru již nevyskytuje, alespoň podle našich současných znalostí. Podařilo se ho na zákmit okamžiku připravit ve výkonných urychlovačích částic v Evropském středisku jaderného výzkumu a Brookhavenské národní laboratoři. Část fyziků ovšem vyjádřila značné obavy z těchto pokusů označovaných jako „částicové experimenty nové generace“.

Plazma, které tvoří hvězdy, jsou jakési mraky volných jader a volných elektronů. V těchto volných jádrech jsou ovšem kvarky stále ještě nesmírně pevně svázány silnou jadernou interakcí v nukleonech. A kvark-gluonové plazma, připravené uměle v urychlovači? Je vysoce pravděpodobné, že se objevilo ve vesmíru (anebo přesněji, abychom neurazili Andreje Lindeho a Lea Smolina: v našem vesmíru) zatím jen dvakrát. Poprvé po krátce velkém třesku a podruhé, po odmlce trvající více než 13 miliard let, na planetě Zemi v urychlovačích částic STS a RHIC. A to v zanedbatelném množství a přirozeně na pouhý zákmit času, vymykající se představám lidské mysli. Podle článků v odborných časopisech se jednalo asi o 0,00000000000000000000001 sekundy – záměrně jsme nyní zvolili nezkrácený zápis bez pomocí indexu, vyjadřujícího záporný desítkový násobek.

Částicové experimenty nové generace, při nichž za teplot tisíckrát větších než je teplota povrchu Slunce vzniká kvark-gluonové plazma, se ovšem setkaly i s vlnou ostré kritiky některých fyziků, kteří je považují za „hru s ďáblem“. Jejich námitka, že se tyto pokusy mohou lidstvu vymknout z ruky, není neoprávněná. Astrofyzikové Martin Rees a Piet Hut (http://www.ids.ias.edu/~piet) studovali hypotézu, že stav vakua, v němž existuje náš vesmír, není pravým vakuem, nýbrž lokálním minimem efektivního potenciálu. V souvislosti se svými výpočty nadnesli otázku, zda by srážkové experimenty nové generace nemohli způsobit fázový přechod vesmíru do stavu pravého vakua. Teoretické předpovědi tomu nenasvědčují. Přesněji řečeno, z výpočtů vyplývá, že pravděpodobnost, že by k takovému stavu došlo, je nesmírně nízká.

Martin Rees, jeden z největších astrofyziků současné doby, přesto ve své knize Naše poslední hodina (Our Final Hour, 2003) označil experimenty, při nichž vzniká s kvark-gluonové plazma, za krajně nebezpečné. Napsal, že jeden z těchto pokusů ve vysokoenergetických urychlovačích může být naším „pokusem posledním“, a upozornil na to, že ani samotní fyzikové, kteří tyto experimenty provádějí, si nemohou být jisti, jaké následky mohou procesy doprovázející srážky těžkých atomových jader vyvolat.
Víme, co se stane, vznikne-li větší množství kvark-gluonového plazmatu? Možná ano, ale jede pouze o hypotézy. Vedle toho není vyloučeno, že proces vyvolá např. vznik jakéhosi nového „mirkovesmíru“ (vzpomeňme si na koncepci Andreje Lindeho, zmíněnou v druhé části našeho miniseriálu). Není ani vyloučeno, že nemůže vzniknout jakási miniaturní černá díra, která vzápětí v tisícině sekundy vcucne veškerou pozemskou hmotu. Když Rees vyjadřuje obavy, že fyzici v Brookhavenu mohou v miliontině sekundy zničit nejen Zemi, ale i celý vesmír, může se laikovi jeho varování zdát přemrštěné. Ale nejsou tyto obavy přece jen oprávněné?

Z tohoto důvodu se v Brookhavenu ustanovily dvě vědecké skupiny, Buszova skupina (BJSW) a Darova skupina (DDH), které se nezávisle na sobě nebezpečím plynoucím z experimentů na RHIC zabývají. Soustřeďují se na možnost vzniku katastrofy způsobené existencí metastabilní záporně nabité neznámé hmoty, která může v experimentech vznikat. Obě skupiny podaly jednak teoretické argumenty a jednak vycházely z empirických dat. Jak uvedl časopis Physical Review Letters, skupina BJSW odhadla pravděpodobnost katastrofy během existence srážkového urychlovače relativistických těžkých iontů RHIC na základě existence Měsíce hodnotami 10 exp -5 až 2.10 exp -11 v závislosti na přísnosti přijatých předpokladů. Skupina DDH své odhady odvodila z pozorování délky života supernov a dochází k hodnotám 2.10 exp -6 (pesimistický odhad pomalé katastrofy) až 2.10 exp -8. Otázka zní, zda je ale vůbec nějaká míra nebezpečnosti, byť sebenepatrnější, stále ještě přijatelná. Vážnější zájemce může najít podrobnosti na http://xxx.lanl.gov/abs/hep-th/0009204.

Je to ale záruka, že srážkové experimenty s těžkými ionty jsou opravdu zcela bezpečné? To je otázka, na kterou nedokáže nikdo odpovědět. Ale ať je tomu jakkoli, nezbývá nám, než věřit fyzikům, že mají procesy v urychlovačích stále pod kontrolou. Ostatně, lze vůbec odolat takovému lákavému soustu poznání? Lze odolat novým experimentům, za nimiž se skrývají odpovědi na otázky o samotné podstatě vzniku vesmíru a hmoty?

Internetové zdroje a literatura:

CERN
http://www.cern.ch
http://public.web.cern.ch/public

Broockhaven National Laboratory
http://www.bnl.gov

Greg Benford
http://www.authorcafe.com/benford/books/cosm.html

Allday, Jonathan: Quarks Leptons and the Big Bang (Institute of Physics Pub; 2nd edition, 2001)
Barnett, Michael a kol: The Charm of Strange Quarks : Mysteries and Revolutions of Particle Physics (Amer Inst of Physics, 2000)
Creutz, Michael: Quarks, Gluons and Lattices (Cambridge University Press,1985)
Ferris, Timothy: The Whole Shebang (1997, č. Zpráva o stavu vesmíru, 2000)
Gell-Mann, Murray: The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and the Complex (W H Freeman & Co., 1995)
Greene, Brian: The Elegant Universe (1999, Elegantní vesmír, 2001)
Gribbin, John: Schrödingers Kittens (1995, č. Schrödingerova koťata, Columbus, 2001)
Grygar, Jiří: Vesmír, jaký je (1997)
Halzen, F, Martin A.: Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics (John Wiley & Sons, 1984)
Han, M. Y.: Quarks and Gluons: A Century of Particle Charges (World Scientific Pub Co, 1999)
Macknintosh, Ray a kol.: Nucleus. A Trip into the Heart of Matter (2001, č. Jádro – Cesta do srdce hmoty, 2003)
Manohar, A. V., Wise M.: Heavy Quark Physic (Cambridge Univerzity Press, 2000)
Rees, Martin: Our Cosmic Habitat (2001, č. Náš neobyčejný vesmír, 2002)
Rees, Martin: Our Final Century (2003)
Renton, Peter: Electroweak Interactions : An Introduction to the Physics of Quarks and Leptons (Cambridge University Press, 1990)
Shramm, D.N., Ledermann L. M.: From Quarks to the Cosmos: Tools of Discovery (W H Freeman & Co., 1995)
Smith, Timothy: Hidden Worlds: Hunting for Quarks in Ordinary Matter (Princeton Univ Pr, 2002)
Stwertka, Albert: The World of Atoms and Quarks (21st Century Books, 1997)
Tweed, Matt: Essential Elements: Atoms, Quarks, and the Periodic Table (Walker & Company, 2003)
Yndurian, F.: The Theory of Quark and Gluon Interactions (Springer Verlag, 1993)

Poznámka:
Kniha Martina Reese Our Final Hour vyšla ve Velké Británii pod titulem Our Final Century (W. Heinemann, London, 2003)

První díl seriálu:
Lze odpoutat kvarky?
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/A9A29CC7524414AAC1256DCC004368AD

Druhý díl seriálu:
Kvarky, gluony a velký třesk
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/2263AF0299CAA9D2C1256DDC0053F22A

autor Jan Kapoun