Vědci poprvé spatřili stovku částic označovaných písmenem X, které patrně existovaly ve zlomcích sekundy po Velkém třesku, na samotném počátku času. Částice nám mohou vypovědět leccos zajímavého o vzniku vesmíru.

Částice X zaznamenali výzkumníci mezi biliony jiných částic ve Velkém hadronovém urychlovači (LHC), největším zařízení tohoto druhu, které se nachází u Ženevy a patří Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN). Spatřili ji v rozvířené směsi, která vznikla rozbíjením iontů olova.

Své poznatky fyzici zveřejnili v časopise Physical Review Letters. Věří, že studiem částic X vytvoří dosud nejvěrnější obrázek původu vesmíru.

Co bublalo v prvotní polévce?

Vědci sledují částice X – také X(3872) – v prostředí urychlovače, který simuluje podmínky několik milióntin sekundy po Velkém třesku (Big Bang), počátku rozpínání vesmíru.

V té době byl vesmír přehřátou prvotní plazmovou polévkou o bilionu stupňů, hemžící se kvarky a gluony – elementárními částicemi, které se brzy ochladily a spojily do stabilnějších protonů a neutronů, známých ze současnosti.

Těsně před rychlým ochlazením se srazily gluony a kvarky. Slepily se a vytvořily částice X s extrémně krátkou životností. Výzkumníci nevědí, jakým způsobem se to stalo, ale pokud to dokážou zjistit, budeme mít mnohem lepší znalosti o počátcích vesmíru.

Fyzici částice X zaznamenali už dříve, až nyní je ale odhalili (v datech urychlovače z roku 2018) ve střetu těžkých iontů. A právě tento detail je podstatný pro poznání podmínek krátce po Velkém třesku.

Vzrušující částicové LEGO

Elementární částice jsou podobné skládačce LEGO. Z těch menších vznikají větší a odhalování jejich kombinací nám říká víc o vývoji vesmíru.  Fyzikální teorie nabízejí představu, jak se z jedněch částic vytvářejí částice jiné. Úkolem urychlovače je pomocí simulace tyto teorie ověřovat, anebo vyvracet.

V současnosti není z teorií známo, zda je X(3872) tetrakvarkem, částicí ze dvou kvarků (základních částic, z nichž se skládají hadrony, tedy například protony a neutrony) a dvou antikvarků, anebo molekula z částic vznikajících úplně jinou formou spojování kvarků.

Právě tohle je důležité. Odhalení, za jakých podmínek X(3872) vzniká, nám zpětně řekne víc o tom, jaké podmínky panovaly po Velkém třesku před více než 13 miliardami let.

Částice X objevili vědci díky algoritmu určenému k rozpoznávání vzorců charakteristických pro jejich rozpad, který pomocí strojového učení sestavili experti z Massachusettského technologického institutu spolu s týmy z dalších pracovišť. Umožnil jim podrobněji nahlédnout do prvotní polévky a zlepšil analýzu dat. 

Je ale možné, že algoritmus objeví částici v dalších experimentech provedených ve Velkém hadronovém urychlovači. To by mělo fyzikům napovědět ještě víc o původu částice, a tak dál zpřesnit povědomí o X(3872).

Na začátku příběhu

Tato částice je nicméně jen jednou z mnoha, které jsou zkoumány. „Jsme teprve na začátku celého příběhu,“ cituje magazín Live Science fyzika Yen-Jie Leea z Massachusettského technologického institutu.

Částice X by nás však mohla posunout o krok dál k poznání podmínek panujících po Velkém třesku.

Výzkumník na konci detektoru Velkého hadronového urychlovače u Ženevy. | zdroj: Profimedia