Astronomická společnost Chomutov
další články 
+ 
kosmologie
přidáno 21.04.2020
Elementární částice
Jak všichni víme ze školy, hmota se skládá z atomů a atom sestává z jádra, okolo kterého obíhají elektrony. A jádro obsahuje určitý počet protónů, jejichž počet určuje prvek v periodickém systému. I když atomos znamená "nedělitelný" není to konec dělení hmoty. Posledních 100 let výzkumu "vyzkoumal", že se protony a neutrony skládají z kvarků a každá ze základních sil má své vlastní částicové zástupce. Že každá částice má svoji vlastní antičástici a tak dále. Elementárními částicemi se zabývá kvantová mechanika, která je příliš spletitá a komplikovaná, aby ji někdo pochopil hned. Je k tomu zapotřebí dlouhého studia a nadšení pro fyziku a matematiku. Kromě toho je určitě velká pomoc mít dostatek fantazie.
Ve stručnosti se dá kvantová mechanika částic popsat takto. Hmota existuje ve stavu stálé změny. Částice jsou rozptýlené oblaky pravděpodobnosti, ve kterých existují (a neexistují) ve všech polohách (a vůbec v žádné) a ve všech stavech (jako částice i jako vlny) najednou. Je to svět, ve kterém se elektron může pohybovat zpět v čase, ve kterém si hmota může "vypůjčit" energii z vesmíru a objevit se odnikud. Kde můžeme nutit částice "rozhodnout se", čím budou (nebo zdali vůbec budou) již tím, že se zkusíme na ně podívat. Ve světě kvantové mechaniky není možné přesně vědět kde něco je.
Každé měření je vždycky zatíženo velkou chybou, která je o to větší, čím přesněji "zíráme". Částice jsou hrozně malé, k pozorování je potřeba krátkovlnné záření stejné vlnové délky (děsně krátké). Jenže čím je vlnová délka kratší, tím víc je potřeba energie. Nakonec je zapotřebí tolik energie na pozorování, že se částice odstrčí. Přesné pozorování tím není možné. Vědci zde dospěli k bodu, kdy pozorování není možné, aniž bychom částici skrz naše pozorování neovlivnili a nezměnili. Nevidí ty věci takové, jaké jsou, nýbrž je vidí pouze v tom "upraveném" stavu, který právě vznikne naším pozorováním.
Pro naši představu atomu to znamená, že namísto úhledně obíhajících elektronů kolem jádra, jak jsme se to učili ve škole, má nyní atom oblaky pravděpodobnosti, uvnitř kterých se může elektron nacházet kdekoliv (a také všude nebo nikde). Jak je to všechno pro "normálního" člověka prapodivné, jsou kvantová mechanika spolu s velkým třeskem považovány za jedny z nejúspěšnějších teorií k vysvětlení našeho vesmíru.
Částice se dají dělit v principu na dvě části. Kvarky a leptony. Kvarky (up-kvarky a down-kvarky) tvoří protony a neutrony, a leptony jsou elektrony a neutrina (tajemná, tatřka nehmotná částice, která téměř vzájemně nepůsobí s hmotou). To jsou tzv. lehké částice. V urychlovačích nebo při vysokých energiích (v okamžiku vzniku vesmíru) vznikají i těžké částice, o kterých nevíme k čemu slouží, protože je už v dnešním vesmíru nenajdeme (mion, tauon ...).
A pak jsou ještě částice nosiče síly (bosony). Gluony, zprostředkovávají silnou jadernou sílu ... "slepují" kvarky v atomovém jádru. Bosony W a bosony Z, zprostředkovávají slabou jadernou sílu, která je odpovědná za radioaktivní rozpad. Fotony, nepatrné balíčky energie které nesou elektromagnetickou sílu, jež ovlivňuje všechny nabité částice (jsou nehmotné, mají rychlost světla). Virtuální fotony, drží elektrony na oběžných drahách. Higgsovy bosony, dávájí hmotnost kvarkům a leptonům.
Jména částic nejsou úplně jednotné. O elementárních částicích se někdy mluví jako o fundamentálních. Částice složené z kvarků se souhrnně nazývají hadrony, ale někdy se nazývají baryony. Ne všechny hadrony jsou však baryony - hadrony složené z jednoho kvarku a jednoho antikvarku se nazývají mezony. A to nejsou baryony. Kvarky a leptony se souhrnně nazývají fermiony. Fermion může být taky hadron, například protony. Ovšem nejúživanější jsou protony, neutrony, elektrony a fotony. V menší míře i některé kvarky a antihmota. Baryony se myslí hmota, která vzájemně působí mezi sebou (kterou můžeme vidět). Takže temná hmota je antibaryová (pokud vůbec existuje).