Částice v bublinkové komoře (ilustrace). Kredit: CERN.

Je říjen 2026 Anno Trumpi a temná hmota stále uniká, ačkoliv by měla tvořit značnou většinu hmoty vesmíru. Teoretičtí fyzici navrhují rozmanité více či méně šílené koncepty, jak tu nešťastnou materii konečně odhalit. Stefan Evans a Ralf Schützhold z německého Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) přicházejí s pozoruhodným plánem vytěžit částice temné hmoty z vakua pomocí urychlovače částic, samozřejmě za jistých předpokladů.

Navrhují, že kdybychom v urychlovači částic dostatečně prudce urychlili atomová jádra, mohlo by narušit kvantové vakuum právě takovým způsobem, aby se vynořily dvojice axionů, hypotetických částic chladné ultralehké temné hmoty. Jak říkají, urychlovaná jádra, například při srážkách těžkých iontů, mohou vytvářet provázané dvojice axionů ve stylu dynamického Casimirova jevu.

Ralf Schützhold. Kredit: HZDR.

V tomto případě jde o klasické axiony kvantové chromodynamiky (QCD). Původně sice nebyly navrženy jako vysvětlení temné hmoty, ale časem se ukázalo, že se k tomu docela hodí. Jednou z mnoha podivností QCD je to, že ani zdánlivě prázdný prostor není ve skutečnosti úplně prázdný. Kvantové vakuum podle těchto představ obsahuje pozadí zvané kvarkový kondenzát, takové husté kvantové moře neustále vznikajících a zanikajících párů kvarků s antikvarky.

Uvnitř atomového jádra je tento kondenzát „slabší“ (ve smyslu méně hustý, méně vydatný). Vzhledem k tomu, že „síla“ kvarkového kondenzátu by měla těsně souviset s efektivní hmotností axionu. Pokud axiony existují, měly by být uvnitř atomového jádra efektivně lehčí než mimo něj.

Casimirův jev. Kredit: Emok, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Evans a Schützhold se domnívají, že kvůli tomu by mělo atomové jádro měnit fluktuace vakua axionového pole, vlastně velmi podobně slavnému Casimirovu jevu, který je založený na vlivu fluktuací vakuu na dvě vodivé destičky či podobné objekty.

Jejich výpočty ukazují, že pokud bychom umístili dvě atomová jádra blízko sebe, tyto změněné fluktuace by mezi nimi měly vytvořit přitažlivou sílu podobnou Casimirově síle. Ale není to všechno. Casimirův jev dokáže ještě podivnější věci. Pokud objekt narušující kvantové pole dodá do dotyčného pole energii, mohou se jeho fluktuace vakua zhmotnit jako dvojice částic. V takovém případě jde o dynamický Casimirův jev a fyzici už pozorovali, jak při něm vznikají fotony.

Atomová jádra by sama o sobě měla narušovat axionové pole. Pokud atomová jádra dostatečně prudce urychlíme a (což je nutné zdůraznit) axiony skutečně existují, mohly by se v urychlovači zjevit dvojice reálných a kvantově provázaných axionů.

Podle Evanse a Schützholda už navíc nejspíš máme technologii, která by to mohla zvládnout. Jednou z možností, jak vyvolat axiony ze záhrobí, nabízejí ultraperiferní srážky těžkých iontů. Jde o těsné průlety atomových jader pohybujících se relativistickými rychlostmi, při nichž se vzájemně ovlivňují jejich silná elektromagnetická pole, aniž by se samotná jádra srazila. Jak ale přiznávají autoři studie, nemusí to fungovat. Pravděpodobnost vzniku dvojice axionů těsně závisí na hmotnosti axionu. A i kdyby axiony skutečně existovaly a v experimentu vznikly, jejich detekce nebude legrace. Tak směle do toho!

Video: Are Axions Dark Matter?

Video: Ralf Schützhold – Partner modes and bi-partite vs multi-partite entanglement

Literatura

Science Alert 25. 9. 2026.

Physical Review D 114: 056020.