Vytvoříme kvarkovou hmotu? Kredit: CERN.

Od sklonku roku 2016 je oficiálně uznaným a pojmenovaným nejtěžším prvkem periodické tabulky oganesson, s chemickou značnou Og. Jde o transuran s protonovým číslem 118 a atomovou hmotností 294. Tak jako u každého ze všech známých prvků periodické tabulky představují většinu hmotnosti atomu oganessonu protony a neutrony. Každou z těchto částic přitom tvoří protony a neutrony, které jsou zase poskládány vždy ze tří kvarků.

Bob Holdom. Kredit: University of Toronto.

Klíčovým znakem známých částic baryonové hmoty je to, že kvarky v těchto částicích drží silná síla tak strašně silně, že jsou prakticky neoddělitelné. Jenomže by to nemuselo platit pro všechny atomy. Právě oganesson by mohl být jedním z posledních v řadě, které fungují tímto tradičním způsobem.

Bob Holdom z Torontské univerzity a jeho kolegové ve své nové studii tvrdí, že u atomů prvků s atomovou hmotností kolem 300 dochází k extrémní změně. Mohla by je totiž tvořit polévka volně se pohybujících kvarků „up“ a „down“, což jsou kvarky z protonů a neutronů. Nikoliv ovšem spoutané silnou silou, nýbrž utržené ze řetězu.

Holdom a spol. předpovídají, že taková hmota, které říkají hornodolní kvarková hmota (up down quark matter, udQM), by měla být stabilní pro extrémně těžké prvky. Mohla by existovat jenom krůček za dnešním koncem periodické tabulky. Pokud by se nám povedlo hornodolní hmotu vyrobit, mohl by se z ní stát pozoruhodný zdroj energie.

Narazíme na kontinent stability? Kredit: Holdom et al. (2018), American Physical Society.

Není to úplně nový nápad. Edward Witten v roce 1984 navrhoval podivnou kvarkovou hmotu (strange quark matter, SQM), která by se měla skládat z horních, dolních a podivných kvarků. Fyzici pátrali po podivné hmotě celá desetiletí. Výpočty Holdomova týmu říkají, že tohle pátrání bylo vedle. Podle nich je pro dostatečně velký počet kvarků nejnižším energetickým stavem nikoliv podivná nebo jaderná hmota, nýbrž hornodolní hmota, tvořená rejem téměř nehmotných horních a dolních kvarků.

Proton a neutron. Kredit: Jacek rybak / Wikimedia Commons.

Pokud kvarková hmota leží hned za dveřmi periodické tabulky, tak by to bylo úžasné překvapení. Vědci ji totiž očekávají jenom na velmi extrémních místech, jako jsou jádra neutronových hvězd, kvarkové hvězdy, chaos vzniku vesmíru a výheň urychlovačů částic. Ve srážkách urychlovačů ovšem kvarková hmota vydrží jenom zlomek sekundy.

Jestli má Holdom s kolegy pravdu a hornodolní kvarkovou hmoty by skutečně mohly tvořit prvky s atomovými hmotnostmi kolem 300, tak bychom mohli takovou hmotu vyrábět spojováním atomů méně těžkých prvků. Mohl by to být onen slavný kontinent stability supertěžkých prvků, po němž fyzici tolik touží. Badatelé rovněž doufají, že bychom snad mohli nalézt hornodolní kvarkovou hmotu i na Zemi nebo někde poblíž Země, kde by se mohla objevit díky kosmickému záření.

Ať hornodolní kvarkovou hmotu najdeme anebo usmažíme na urychlovačích, mohli bychom ji uskladnit a pak do ní pouštět pomalé neutrony anebo těžké ionty. Když hornodolní hmota absorbuje takové částice, tak uvolní energii, převážně v podobě gama záření. Na rozdíl od jaderné fúze by mělo být relativně snadné takový proces spustit a ovládat. To by byla energie!

Literatura
Phys.org 15. 6. 2018, Physical Review Letters 120: 222001.