Kronika Vesmíru (2) – Kvark-gluonové plazma a baryonová asymetrie

Představ si, že vesmír právě prošel Planckovou epochou a prudkou inflací. Teď se začíná ochlazovat, ale pořád je to místo, kde bys nechtěl být ani na piknik.

V této fázi je vesmír ještě extrémně horký a hustý. Teplota se pohybuje v řádech bilionů stupňů. V takových podmínkách nemohou existovat běžné atomy ani jádra atomů. Všechno je rozloženo na základní stavební kameny.

Kvark-gluonové plazma

Celý vesmír je v tomto období obrovskou polévkou nazývanou kvark-gluonové plazma.

Kvarky jsou základní částice, ze kterých jsou složeny protony a neutrony. Gluony jsou částice, které drží kvarky pohromadě silnou jadernou silou. V této fázi jsou kvarky volně pohyblivé a nejsou svázané do větších celků. Spolu s leptony (elektrony, neutrina a jejich antičástice) tvoří chaotickou směs energie a hmoty.

Toto plazma existovalo přibližně do 10^-6 sekundy po Velkém třesku – tedy do jedné miliontiny sekundy.

První částice

Jak se vesmír pomalu ochlazuje, začínají se dít důležité věci. Kvarky se začínají spojovat do větších celků. Vznikají první protony a neutrony. Zároveň existují i jejich antičástice – antiprotony a antineutrony.

Vesmír je v tu chvíli plný hmoty i antihmoty. Teoreticky by se měly navzájem zničit a zanechat po sobě jen záření. Ale nestalo se to.

Baryonová asymetrie – proč existujeme

Tady přichází jedna z největších záhad raného vesmíru.

Kdyby bylo hmoty a antihmoty přesně stejně, vesmír by dnes byl jen mořem světla bez jediného atomu. My bychom tu nebyli. Planety, hvězdy ani život by neexistovaly.

Místo toho přežila malá převaha obyčejné hmoty. Na každou miliardu částic antihmoty připadala přibližně jedna miliarda a jedna částice hmoty. Ten drobný rozdíl rozhodl o tom, že dnes vesmír tvoří převážně hmota.

Tento jev nazýváme baryonová asymetrie. Vědci se domnívají, že za ní stojí narušení CP symmetry (charge-parity violation) – jemné porušení symetrie mezi hmotou a antihmotou, které umožnilo, aby po vzájemném ničení zůstala malá převaha hmoty.

Přesný mechanismus ještě plně nechápeme a patří mezi nejdůležitější otevřené otázky v kosmologii.

Co se děje dál

Po této fázi se vesmír dál ochlazuje. Protony a neutrony se začínají spojovat do lehkých jader – deuteria, helia a stopového množství lithia. Tento proces nazýváme primordiální nukleosyntéza a proběhne až za několik minut po Velkém třesku.

Ale to už je další kapitola.

Vesmír se postupně mění z chaotické polévky kvarků a gluonů na místo, kde začínají vznikat první atomová jádra. Stále je ale ještě daleko od chvíle, kdy se objeví první světlo, které dnes vidíme na obloze.