Elementárne častice sú najmenšie známe stavebné bloky vesmíru. Predpokladá sa, že nemajú žiadnu vnútornú štruktúru, čo znamená, že vedci o nich myslia ako o bodoch bez rozmerov, ktoré nezaberajú žiadny priestor. Elektróny sú pravdepodobne najznámejšie elementárne častice, ale štandardný model fyziky, ktorý popisuje interakcie častíc a takmer všetky sily, rozoznáva 10 elementárnych častíc celkom.
Elektróny a príbuzné častice
Elektróny sú negatívne nabité komponenty atómov. Aj keď sú považované za bodové častice s nulovým rozmerom, elektróny sú obklopené oblakom iných virtuálnych častíc, ktoré neustále miznú z existencie, ktoré v podstate fungujú ako súčasť samotného elektrónu. Niektoré teórie predpovedali, že elektrón má mierne pozitívny pól a mierne negatívny pól, čo znamená, že tento oblak virtuálnych častíc by preto mal byť trochu asymetrický.
Ak by to tak bolo, elektróny by sa mohli správať inak ako ich antihmotové štvorhra, pozitróny, potenciálne vysvetľujúce veľa záhad o hmote a antihmote. Fyzici však opakovane merali tvar elektrónu a zistili, že je podľa jeho najlepšieho vedomia dokonale okrúhly, takže im bez odpovedí dáva hlavolam antihmoty.
Elektrón má dva ťažšie bratrance, nazývané mión a tau. Mióny sa môžu vytvoriť, keď kozmické lúče z vesmíru s vysokou energiou zasiahnu atmosféru Zeme a vytvoria sprchu exotických častíc. Taus je ešte vzácnejší a ťažšie ho produkuje, pretože je viac ako 3 400krát ťažší ako elektróny. Neutrína, elektróny, mióny a taus tvoria kategóriu základných častíc nazývaných leptony.
Kvarky a ich šialenstvo
Kvarky, ktoré tvoria protóny a neutróny, sú ďalším typom základnej častice. Spolu s leptónmi tvoria kvarky veci, ktoré považujeme za dôležité.
Vedci sa niekedy domnievali, že atómy sú najmenšie možné objekty; slovo pochádza z gréckych „atómov“, čo znamená „neoddeliteľný“. Na konci 20. storočia sa ukázalo, že atómové jadrá pozostávajú z protónov a neutrónov. Potom v priebehu päťdesiatych a šesťdesiatych rokov urýchľovače častíc odhaľovali hnus exotických subatomárnych častíc, ako sú pióny a kaóny.
V roku 1964 fyzici Murray Gell-Mann a George Zweig nezávisle navrhli model, ktorý by mohol vysvetliť vnútorné fungovanie protónov, neutrónov a zvyšku zoo v zoo, podľa historickej správy z Národného laboratória urýchľovača SLAC v Kalifornii. Vo vnútri protónov a neutrónov sú malé častice nazývané kvarky, ktoré sa dodávajú v šiestich možných typoch alebo príchutiach: hore, dole, podivné, kúzlo, dno a vrchol.
Protóny sa vyrábajú z dvoch kvarkov hore a dole kvarkov, zatiaľ čo neutróny sa skladajú z dvoch downov a nahor. Kvarky hore a dole sú najľahšie odrody. Pretože masívnejšie častice majú tendenciu rozpadať sa na menej masívne častice, kvarky hore a dole sú tiež najbežnejšie vo vesmíre; protóny a neutróny preto tvoria väčšinu veci, ktorú poznáme.
Do roku 1977 fyzici izolovali päť zo šiestich kvarkov v laboratóriu - hore, dole, podivne, kúzlo a dno - až v roku 1995 našli vedci z Fermilab National Accelerator Laboratory v Illinois posledný kvark, top kvark. Hľadanie bolo také intenzívne ako neskorší hon na Higgsov bozón. Výroba top kvarku bola taká ťažká, pretože je asi 100 biliónov krát ťažšia ako kvark, čo znamená, že výroba urýchľovačov častíc vyžadovala oveľa viac energie.
Základné častice prírody
Potom existujú štyri základné prírodné sily: elektromagnetizmus, gravitácia a silné a slabé jadrové sily. Každá z nich má pridruženú základnú časticu.
Fotóny sú najznámejšie; nesú elektromagnetickú silu. Gluóny nesú silnú jadrovú silu a bývajú s kvarkmi vnútri protónov a neutrónov. Slabú silu, ktorá sprostredkúva určité jadrové reakcie, nesú dve základné častice, W a Z bozóny. Neutrína, ktoré pociťujú iba slabú silu a gravitáciu, interagujú s týmito bozónmi, a tak fyzici dokázali najprv dokázať svoju existenciu pomocou neutrín podľa CERN.
Gravitácia je tu outsider. Nie je začlenený do štandardného modelu, hoci fyzici majú podozrenie, že by mohol mať pridruženú základnú časticu, ktorá by sa volala graviton. Ak existujú gravitóny, je možné ich vytvoriť vo Veľkom hadrónovom zrážači (LHC) v Ženeve vo Švajčiarsku, ale podľa CERNa by rýchlo zmizli do ďalších rozmerov a zanechali za sebou prázdnu zónu, kde by boli. Doteraz LHC nevidela žiadne gravitóny ani ďalšie rozmery.
Nepolapiteľný Higgsov bozón
Nakoniec je tu Higgsov bozón, kráľ elementárnych častíc, ktorý je zodpovedný za dávanie všetkých ostatných častíc ich hmotnosti. Lov na Higgs bol hlavným úsilím vedcov, ktorí sa snažili dokončiť katalóg štandardného modelu. Keď sa Higgs konečne všimol, v roku 2012 sa fyzici radovali, ale výsledky ich tiež nechali na ťažkom mieste.
Higgs vyzerá skoro presne tak, ako to bolo predpovedané, ale vedci dúfali. O štandardnom modeli je známe, že je neúplný; napríklad chýba opis gravitácie a vedci sa domnievali, že zistenie, že Higgs by pomohol poukázať na ďalšie teórie, ktoré by mohli nahradiť štandardný model. Doteraz však pri tomto hľadaní vyšli prázdne.
dodatočný zdroje:
