Nebyla Země. Nebylo Slunce. Nebyly atomy. A v úplně prvních mikrosekundách po Velkém třesku ještě ani kvarky nebyly uzamčené uvnitř protonů a neutronů tak, jak je známe dnes.
Vesmír vyplňovala extrémně horká a hustá forma hmoty označovaná jako kvark-gluonové plazma. Teprve když vesmír ochladl, kvarky a gluony se spojily do částic, z nichž nakonec vznikla atomová jádra – a o stovky milionů let později první hvězdy a galaxie.
Právě k tomuto dávno zaniklému stavu hmoty se nyní fyzici v CERNu dokázali přiblížit pomocí překvapivě malých „ingrediencí“.
Místo obrovských jader olova nechali v urychlovači LHC narazit jádra kyslíku a neonu. A výsledky čtyř hlavních experimentů – ALICE, ATLAS, CMS a LHCb – ukazují, že i při těchto mnohem menších srážkách zřejmě na zlomek okamžiku vzniká hmota vykazující vlastnosti kvark-gluonového plazmatu. ATLAS už navíc v kyslíkových a neonových srážkách pozoroval jev označovaný jako jet quenching s významností překračující pěti-sigma hranici běžně používanou pro oznámení objevu.
Nejde o skutečný nový Velký třesk. CERN ale vytvořil miniaturní laboratorní obdobu jedné z forem hmoty, která existovala krátce po něm. A právě její nečekaně malá velikost může pomoci odpovědět na velmi starou otázku: Jak se z prvotní hmoty vesmíru stal svět, ze kterého jsme nakonec vznikli i my?
Na počátku nebyly ani protony
Když se dnes podíváme do atomu, najdeme v jeho jádře protony a neutrony. Pokud se podíváme ještě hlouběji, zjistíme, že ani proton není elementární kulička. Uvnitř se nacházejí kvarky a gluony, které mezi sebou působí prostřednictvím silné jaderné interakce.
Za běžných podmínek kvark samostatně neuvidíme. Silná interakce je drží vázané uvnitř částic tak pevně, že čím víc se je pokoušíme od sebe oddělit, tím více energie potřebujeme.
Velmi mladý vesmír však nebyl běžným prostředím. Teplota a hustota byly tak extrémní, že protony a neutrony v dnešním smyslu ještě nemohly dlouhodobě existovat. Kvarky a gluony se pohybovaly v horkém společném prostředí – právě v kvark-gluonovém plazmatu.
CERN uvádí, že QGP vzniká při teplotách více než 100 000krát vyšších než teplota středu Slunce a odpovídá stavu hmoty, který existoval během prvních miliontin sekundy po Velkém třesku.
Potom vesmír začal chladnout. A právě zde se odehrála jedna z nejzásadnějších proměn v jeho historii. Volné kvarky a gluony se uzavřely do protonů, neutronů a dalších částic. Z nich později vznikla atomová jádra. Ještě později atomy. A z atomů nakonec všechno, co dnes vidíme kolem sebe.
Studovat kvark-gluonové plazma proto není jen experiment s exotickou formou hmoty. Je to pokus pochopit jednu z přechodových fází mezi téměř nepředstavitelným počátkem vesmíru a hmotou, ze které jsme složeni dnes.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
CERN umí na okamžik obrátit historii hmoty
Do raného vesmíru samozřejmě žádnou sondu poslat nemůžeme. Fyzikové proto používají opačný postup. Vezmou dnešní atomová jádra. Urychlí je téměř na rychlost světla. A nechají je čelně narazit.
Při srážce se na okamžik soustředí obrovské množství energie do prostoru menšího než atom. Podmínky se stanou natolik extrémními, že protony a neutrony přestanou fungovat jako běžné samostatné objekty a jejich kvarky a gluony vytvoří nový stav hmoty.
Je to trochu, jako kdybychom led dokázali na zlomek sekundy nejen roztavit na vodu, ale vrátit ještě mnohem dál do fáze, ze které kdysi vznikl.
Jenže v CERNu nejde o vodu. Rozebírá se samotná struktura atomových jader. Kvark-gluonové plazma přitom existuje jen nepatrný zlomek sekundy. Prakticky okamžitě se ochladí, kvarky se znovu uzavřou do běžných částic a do detektorů dorazí pouze obrovská sprška produktů srážky.
Fyzikové tedy QGP nepozorují přímo jako kapku nějaké svítící tekutiny. Musejí jeho krátkou existenci rekonstruovat z toho, co po něm zůstalo. A právě zde začíná skutečná detektivka.
Dosud jsme k tomu potřebovali obrovská jádra. Teď stačil kyslík a neon
Po mnoho let byly hlavním nástrojem studia QGP srážky velmi těžkých atomových jader, například olova. To je logické. Čím větší dvě jádra proti sobě pošleme, tím více protonů a neutronů se setká, tím více energie se uvolní a tím větší „kapku“ extrémní hmoty dokážeme vytvořit. Jenže fyzikové postupně začali narážet na zvláštní problém.
Některé náznaky kolektivního chování připomínajícího QGP se objevovaly dokonce i ve výrazně menších srážkách. Najednou nebylo jasné, jak velký systém vlastně k vytvoření prvotní hmoty potřebujeme.
Právě proto LHC v létě 2025 poprvé provedl speciální sérii srážek kyslíku s kyslíkem a neonu s neonem. Lehká jádra představují ideální mezistupeň mezi obrovským olovem a mnohem menšími protonovými srážkami. A výsledky začaly být velmi zajímavé.
ALICE a CMS pozorovaly v kyslíkových a neonových srážkách kolektivní proudění částic, které dobře odpovídá hydrodynamickým modelům. V srpnu 2026 byly dvě odpovídající studie publikovány vedle sebe v Physical Review Letters.
ATLAS pak přidal jinou stopu. Energetické částice procházející vzniklým prostředím ztrácely energii. A právě to je mimořádně důležité.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Jak poznáme, že tam opravdu něco vzniklo? Pošleme skrz to sondu
Představme si kouli vystřelenou prázdným prostorem. Pokud jí nic nestojí v cestě, projde prakticky bez změny. Pokud ale prolétá hustou kapalinou, začne ztrácet energii. Fyzikové používají podobný princip.
Při srážce mohou vzniknout velmi energetické kvarky a gluony, které následně vytvoří úzké proudy částic označované jako jety. Pokud kolem žádné husté médium není, dva protilehlé jety mají přibližně odpovídající energii. Pokud však jeden musí proletět kvark-gluonovým plazmatem, část energie cestou předá okolnímu prostředí.
Do detektoru pak dorazí oslabený. Tomuto jevu se říká jet quenching. Název zní technicky. Princip je však jednoduchý:částice nám funguje jako sonda, kterou protáhneme místem srážky a podle její ztráty energie poznáme, zda tam vzniklo husté prostředí.
ATLAS nyní jet quenching pozoroval jak v centrálních srážkách kyslíku, tak neonu. Jde o nejmenší kolizní systémy, ve kterých byl tento jev dosud pozorován.
Najednou tedy nemáme pouze jeden podivný vzorec částic, který by mohl mít několik vysvětlení. Máme více různých stop ukazujících stejným směrem. I poměrně malá srážka zřejmě dokáže vytvořit prostředí, které se začne chovat podobně jako hmota raného vesmíru.
A tady se dostáváme k otázce, kvůli které je celý experiment důležitý
Na první pohled by se mohlo zdát, že se fyzici pouze předhánějí o rekord: kdo vytvoří nejmenší kapku QGP. Jenže velikost není pointa. Pointou je hranice.
Představme si jednu molekulu vody. Není mokrá. Nemá vlny. Nemá proud. Nemá vlastnosti kapaliny, které známe z každodenního světa. Ty se objeví teprve tehdy, když začne obrovské množství molekul fungovat společně. Podobný problém existuje i zde. Jednotlivý kvark není kapalina.
Ani několik částic samo o sobě není „hmota“ v makroskopickém smyslu, v jakém mluvíme o tlaku, proudění nebo viskozitě.
A přesto výsledky z LHC naznačují, že kolektivní vlastnosti se mohou objevit v překvapivě malém systému. To je vědecky hlubší než samotný rekord. Fyzikové hledají okamžik, kdy se z chování jednotlivých stavebních kamenů začne vynořovat nová vlastnost celku.
Jinými slovy: Jak málo stačí, aby hmota začala fungovat jako hmota? Kyslík a neon tuto hranici posunuly zase o kus dál.
Právě tato hranice nám může pomoci pochopit první okamžiky vesmíru
Velký třesk nebyl výbuch hmoty do prázdného prostoru. Byl počátkem rozpínání samotného velmi horkého a hustého vesmíru. A jeho první historie byla především historií změn hmoty. Jak vesmír chladl, jednotlivé formy hmoty se postupně měnily v jiné. Kvark-gluonové plazma zmizelo. Vznikly protony a neutrony. Později atomová jádra a atomy.
Jenže fyzikové stále potřebují přesněji pochopit, jak se QGP vytváří, jak rychle dosáhne kolektivního chování a jak se následně mění v běžné částice.
Velké srážky olova nám ukázaly vlastnosti relativně rozsáhlé kapky. Malé systémy přidávají něco jiného. Umožňují postupně ubírat stavební kameny a sledovat, kdy vlastnosti QGP přestanou existovat.
Je to trochu jako pokus pochopit oheň tím, že budeme vytvářet stále menší plamen. Dokud hoří, víme, že jsou splněny podmínky potřebné pro jeho existenci. Jakmile zhasne, našli jsme hranici. A právě na podobnou hranici nyní fyzikové sahají u prvotní hmoty.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Neon přidal ještě jedno překvapení: hmota si „pamatuje“ tvar jádra
Kyslík a neon nebyly vybrány pouze proto, že jsou lehčí než olovo. Je mezi nimi ještě jeden užitečný rozdíl.
Jádro kyslíku-16 má jinou vnitřní geometrii než neon-20. Neonové jádro je deformovanější; popularizačně se jeho tvar někdy přirovnává k bowlingové kuželce. Pokud po srážce vznikne skutečné kolektivně proudící prostředí, jeho pohyb může zachovat stopu původního tvaru oblasti, ve které vzniklo. A přesně něco takového ALICE a CMS pozorovaly.
V centrálních neonových srážkách se objevil silnější eliptický tok než u kyslíku a hydrodynamické modely zahrnující rozdílnou strukturu obou jader tento rozdíl dokázaly reprodukovat.
Jinými slovy: hmota, která existuje jen nepatrný zlomek sekundy, si nese informaci o tvaru atomového jádra, z něhož vznikla.
To umožňuje dvě věci současně. Studovat prvotní hmotu vesmíru. A zároveň používat její proudění jako nový nástroj pro zkoumání samotné struktury atomových jader.
Neznamená to, že CERN právě vyřešil vznik vesmíru
Tady je potřeba brzdit. Experiment neříká, co bylo „před Velkým třeskem“. Nevysvětluje, proč vesmír vznikl. Neukazuje okamžik absolutního počátku. A samotné jádro kyslíku sražené v LHC samozřejmě není miniaturním vesmírem. Co dokáže, je něco přesnějšího a stále mimořádného: na krátký okamžik vytvořit formu hmoty podobnou té, která existovala během prvních mikrosekund kosmického vývoje, a potom změřit její vlastnosti.
Navíc ani dnešní výsledky ještě neznamenají, že každá otázka kolem QGP v malých systémech je vyřešena.
CERN sám používá opatrnou formulaci, že všechny čtyři hlavní experimenty našly nové známky či indikace QGP v kyslíkových a neonových srážkách. Například ATLAS má silný důkaz jet quenchingu, zatímco ALICE a CMS poskytují velmi přesvědčivá měření kolektivního proudění; další práce musí celý obraz spojit a určit hranici vzniku QGP ještě přesněji.
To však není slabina výsledku. Právě to je další etapa experimentu.
Fyzici se dostávají stále blíž k okamžiku, kdy vzniká nový svět z několika stavebních kamenů
Většina z nás se nikdy nebude potřebovat orientovat v hydrodynamických koeficientech, kvantové chromodynamice ani analýze jetů. Přesto se pod tímto technickým jazykem skrývá překvapivě jednoduchá otázka.
Jak vzniká složitost? Kvark má určité vlastnosti. Proton složený z kvarků má vlastnosti jiné. Atom složený z jádra a elektronů přidává další. Miliardy atomů vytvoří materiál, který může být pevný, kapalný nebo plynný. A na každém stupni se objevují nové vlastnosti, které u jednotlivých stavebních kamenů samotných nenajdeme.
Srážky kyslíku a neonu umožňují sledovat jeden z nejextrémnějších příkladů tohoto procesu. Na okamžik vznikne systém jen několik femtometrů velký. Přežije nepředstavitelně krátce. A přesto se jeho částice začnou chovat společně, proudit a předávat energii způsobem, který připomíná kapalinu.
Možná právě proto je letošní výsledek z CERNu zajímavější, než naznačuje formulace o „dalších srážkách lehkých iontů“. Nejde jen o to, že jsme vytvořili menší kapku exotické hmoty.
Zmenšujeme laboratorní model raného vesmíru tak dlouho, až možná najdeme samotnou hranici, při které se jednotlivé částice poprvé začnou chovat jako nový druh hmoty.
A pokud této hranici porozumíme, budeme o něco blíž pochopení procesu, který se před téměř 13,8 miliardy let odehrál v celém vesmíru: jak se z extrémně horkého světa kvarků a gluonů postupně zrodila běžná hmota. Hmota, ze které později vznikly galaxie. Hvězdy. Planety. A nakonec i my.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], Physical Review Letters – ALICE Collaboration, „Evidence of Nuclear Geometry-Driven Anisotropic Flow in O+O and Ne+Ne Collisions at √sNN = 5.36 TeV“ [2], CERN – „Oxygen collisions at the LHC show new indications of extreme state of matter“ [3], ATLAS Collaboration – „Smallest droplet of the early Universe: ATLAS observes jet quenching in oxygen and neon collisions“ [4], ALICE Collaboration – „Oxygen collisions at the LHC show new indications of extreme state of matter“ [5], CMS Collaboration – „ϒ mesons in light-ion collisions“ [6], img AI generated
