Co je to hmota? (2/3)

3. října 2008 v 20:37 | sagan (zavináč) email (tečka) cz |  Vesmír a příroda
Při studiu částic hmoty přirozeně se vyskytujících v našem okolí ("běžné hmoty") na urychlovači, částic přilétávajících z vesmíru a rovněž pomocí fyzikálních teorií odpovídajících experimentům jsme zjistili, že existuje více kvarků (než jsou up a down) a více leptonů (ne jen elektron a elektronové neutrino).



Kvarky i leptony jsou podle vlastností seřazeny do tří generací. Částice v následující generaci má vyšší hmotnost než částice v předchozí generaci. Experimentálně zjištěné hmotnosti neutrin (elektronového, mionového a taunového) jsou extrémně malé. Standardní model předpovídal nulové hmotnosti neutrin. Hmotnost částic patrně vzniká působením dosud neobjevených, standardním modelem předpovězených Higgsových částic.
Kvarky a leptony. Každý z nich má poločíselný spin a jedná se tedy o fermion.

Vůně. Kvark a lepton se vyskytují v šesti vůních (flavors). Kvarky mají šest vůní: d, u, s, c, t, b. Leptony mají šest vůní: e-, μ-, τ-, υe, υμ, υτ. Všechny tyto částice byly experimentálně nalezeny. Vůně je základní kvantová vlastnost leptonů a kvarků. Nejde o skutečnou vůni, ale o termín, kterým odlišujeme různé druhy částic. Vůně určuje způsob, jakým působí na částici slabá interakce.


Částice mají podobně mnoho vlastností, jako má jídlo mnoho vůní.

Elektrický náboj. Každá generace má dvě vůně s různým elektrickým nábojem (případně s žádným elektrickým nábojem). Leptony elektron, mion, tauon mají záporný náboj. Neutrina nemají elektrický náboj, jsou elektricky neutrální (neutrino: z italštiny "malý neutron"). Kvarky u, c, t mají kladný náboj. Kvarky d, s, b mají záporný náboj. Náboj souvisí s elektromagnetickou interakcí.

Barva (=barevný náboj). Kvarky a leptony mají kvantovou vlastnost zvanou barva. Opět neříká, jak částice vypadá, jedná se o termín, kterým odlišujeme různé vlastnosti kvarků a leptonů. Kvark je buď červený, zelený nebo modrý. Každá ze šesti vůní kvarků existuje ve třech barvách. Při odlišení podle barvy tedy máme celkem (3x6=) 18 kvarků. Leptony jsou bezbarvé. Barva souvisí se silnou interakcí.
Kvarky a leptony interagují slabou silou. Kvarky a leptony s nábojem interagují mezi sebou prostřednictvím elektromagnetické interakce. Silná síla působí jen mezi barevnými částicemi, tedy pouze mezi kvarky.
Barvy kvarků.
Spin (=vnitřní orbitální moment). Kvarky a leptony mají 1/2 a každý má zápornou nebo kladnou paritu popisující chování částice při zrcadlení. Všechny kvarky a leptony hmoty mají kladnou paritu, což znamená, že jejich vlnová funkce při zrcadlení mění znaménko.
Parametry částic hmoty s určitými odlišnostmi v částicích antihmoty. Jakoby každá částice měla svůj zrcadlový odraz v antičástici.

Ke všem těmto částicím existují ještě partneři ze světa antihmoty. I tyto "antičástice" jsou po všech stránkách normálními částicemi, které se mohou vyskytovat v přírodě. Vůně, náboje i barvy mají opačné. Máme šest antileptonů s vůněmi e+, μ+, τ+, non- υe, υμ, υτ. Šest antikvarků s vůněmi antiup, antidown, anticharm, antistrange, antitop, a antibottom. Antileptony jsou stejně jako leptony bezbarvé. Antikvarky nesou antičervenou (tyrkysovou, cyan), antizelenou (purpurovou, magenta) a antimodrou (žlutou) barvu. Celkem tedy máme 24 kvarků a leptonů.
Barvy kvarků a antibarvy antikvarků.

Nukleony (protony a neutrony)

Mimo protonů a neutronů (nukleonů) existují i další částice tvořené z kvarků.

Delta částice

Delta částice jsou složené ze tří kvarků. Jsou podobné nukleonům. Δ++, Δ+, Δo, a Δ-.

Hyperony

Hyperony jsou částice složené ze tří kvarků, kde je alespoň jeden z kvarků podivný. Máme jeden Lambda hyperon (Λ0), jeden Omega hyperon (Ω), dva Chí hyperony (Ξ0 a Ξ-) a tři Sigma hyperony (Σ+, Σ0 a Σ).

Baryony

Baryony jsou nadskupinou částic složených z kvarků. Nezávisle na sobě (tzn. volně, izolovaně) mohou existovat leptony. Kvarky mohou za běžných podmínek existovat pouze vázaně. Jak nukleony (tj. protony a neutrony) tak hyperony a delta částice tedy patří do společné skupiny zvané baryony. Baryony jsou vždy tvořeny trojicí kvarků (antibaryony trojicí antikvarků). Baryony jsou fermiony (suma tři poločíselných čísel je poločíselné číslo).

Uvězněné kvarky.

Mezony

Mezony jsou složené z jednoho kvarku a jednoho antikvarku. Mohou tedy tvořit velmi zvláštní druh hmoty, která není ani hmotou ani antihmotou. Najdeme je např. v kosmickém záření či je uměle vyrábíme na urychlovačích. Mezony se po složení chovají jako bosony, ale neskládají se z bosonů. Mezony jsou bosony (suma dvou poločíselných čísel je číslo celočíselné). Mezony mohou teoreticky obsahovat jakýkoliv počet kvarků, pokud obsahují stejný počet antikvarků. Experimentálně byly potvrzeny jen mezony s jedním kvarkem a jedním antikvarkem. Mezony musí být bezbarvé, tedy barva antikvarku musí být antibarvou k barvě kvarku. Vzhledem k tomu, že máme 6 kvarků a 6 antikvarků, může vzniknout mnoho kombinací kvarků-antikvarků a proto může existovat velké množství mezonů.
Mezony dělíme na mezony π (=piony, objev 1947), mezony K (=kaony, objev 1949), a další druhy mezonů (D, F, B, …).

Hadrony

Hadrony zahrnují všechny částice složené z kvarků. Kvarky mohou za běžných podmínek existovat pouze vázaně tak, aby výsledná složená částice byla bezbarvá (barevně neutrální). Mohou tedy existovat pouze dvě skupiny kombinací: tři kvarky (tři antikvarky) nebo pár kvark-antikvark. První skupinou jsou baryony a druhou skupinou jsou mezony. Baryony a mezony mohou spolu interagovat - např. negativní pion může reagovat s protonem a vytvořit neutrální kaon (druh mezonu) a lambda částici (druh baryonu). Může existovat ohromné množství hadronů a jejich experimentálně zjištěné množství počítáme na stovky.


Hadrony jsou složené z kvarků (samotný kvark je fermion). Baryony jsou fermiony, ale mezony jsou taková složení fermionů, že se chovají jako bosony.

Všechny částice složené z kvarků nazýváme hadrony. Hadrony jsou z kvarků složeny tak, aby byly bezbarvé.

Z vývoje našeho vědeckého poznání nám zůstala řada historických názvů, které jsou však natolik zavedené, že je není účelné měnit a stále se používají. Atom pocházející z řeckého slova atomos znamená nedělitelný, i když dobře víme, že atom dělitelný je. Podobně spojení "elementární částice" je používáno spíše ve smyslu "mikročástice" a nikoliv, že by se jednalo o základní částici.

Nepřehlédněte. Článek pokračuje -- klikněte zde.

 

5 lidí ohodnotilo tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama