Elementární částice jsou nejmenší známé stavební bloky vesmíru. Předpokládá se, že nemají žádnou vnitřní strukturu, což znamená, že o nich vědci uvažují jako o bodech bez dimenze, které nezabírají žádný prostor. Elektrony jsou pravděpodobně nejznámějšími elementárními částicemi, ale standardní model fyziky, který popisuje interakce částic a téměř všechny síly, rozezná celkem 10 elementárních částic.
Elektrony a příbuzné částice
Elektrony jsou záporně nabité složky atomů. Zatímco oni jsou myšlenka být nulové-rozměrné bodové částice, elektrony jsou obklopeny oblakem jiných virtuálních částic neustále mrknout dovnitř a ven existence, to nezbytně se chovat jako součást samotného elektronu. Některé teorie předpovídaly, že elektron má mírně pozitivní pól a mírně negativní pól, což znamená, že tento oblak virtuálních částic by proto měl být trochu asymetrický.
Pokud by tomu tak bylo, mohly by se elektrony chovat jinak než jejich antihmoty se zdvojnásobily, pozitrony, potenciálně vysvětlující mnoho záhad o hmotě a antihmotě. Fyzici však opakovaně změřili tvar elektronu a zjistili, že je dokonale kulatý podle svého nejlepšího vědomí a nechává je bez odpovědí na hlavolam antihmoty.
Elektron má dva těžší sestřenice, nazývané muon a tau. Muony mohou být vytvořeny, když kosmické paprsky s vysokou energií z vesmíru zasáhly zemskou atmosféru a vytvořily sprchu exotických částic. Taus je ještě vzácnější a těžší vyrobit, protože je více než 3 400krát těžší než elektrony. Neutrina, elektrony, miony a taus tvoří kategorii základních částic zvaných leptony.
Kvarky a jejich šílenství
Kvarky, které tvoří protony a neutrony, jsou dalším typem základní částice. Spolu s leptony tvoří kvarky věci, o kterých se domníváme, že jsou důležité.
Vědci kdysi věřili, že atomy jsou nejmenší možné objekty; slovo pochází z řeckých „atomů“, což znamená „nedělitelný“. Kolem přelomu 20. a 20. století byla atomová jádra tvořena protony a neutrony. Poté, v 50. a 60. letech, urychlovače částic stále odhalovaly houf exotických subatomických částic, jako jsou piony a kaony.
V roce 1964 fyzici Murray Gell-Mann a George Zweig nezávisle navrhli model, který by mohl vysvětlit vnitřní fungování protonů, neutronů a zbytku zoo částice, podle historické zprávy z SLAC National Accelerator Laboratory v Kalifornii. Uvnitř protonů a neutronů jsou malé částice zvané kvarky, které přicházejí v šesti možných typech nebo příchutích: nahoru, dolů, podivné, kouzlo, dno a vrchol.
Protony jsou vyrobeny ze dvou kvarků nahoru a kvarků dolů, zatímco neutrony jsou složeny ze dvou dolů a nahoru. Kvarky nahoru a dolů jsou nejlehčí odrůdy. Protože masivnější částice mají tendenci se rozkládat na méně masivní, kvarky nahoru a dolů jsou také nejběžnější ve vesmíru; proto protony a neutrony tvoří většinu věcí, které známe.
V roce 1977 fyzici izolovali pět ze šesti kvarků v laboratoři - nahoru, dolů, podivné, kouzlo a dno - ale teprve v roce 1995 našli vědci z Fermilab National Accelerator Laboratory v Illinois konečný kvark, top kvark. Hledání toho bylo tak intenzivní jako pozdější hon na Higgsův boson. Výroba top kvarku byla tak obtížná, protože je asi 100 bilionů těžší než kvark, což znamená, že výroba urychlovačů částic vyžadovala mnohem více energie.
Základní částice přírody
Pak existují čtyři základní přírodní síly: elektromagnetismus, gravitace a silné a slabé jaderné síly. Každá z nich má přidruženou základní částici.
Fotony jsou nejznámější; nesou elektromagnetickou sílu. Gluony nesou silnou jadernou sílu a sídlí s kvarky uvnitř protonů a neutronů. Slabá síla, která zprostředkovává určité jaderné reakce, je nesena dvěma základními částicemi, W a Z bosony. Neutrina, která pociťují jen slabou sílu a gravitaci, interagují s těmito bosony, a tak fyzikové dokázali nejprve dokázat svou existenci pomocí neutrin, podle CERN.
Gravitace je zde outsider. To není začleněno do standardního modelu, ačkoli fyzici předpokládají, že by mohl mít přidruženou základní částici, která by se nazývala graviton. Pokud existují gravitony, je možné je vytvořit ve Velkém hadronovém srážce (LHC) v Ženevě ve Švýcarsku, ale podle CERNu by rychle zmizely do dalších dimenzí a zanechaly za sebou prázdnou zónu, kde by byly. Doposud LHC neviděl žádný důkaz gravitonů ani dalších rozměrů.
Nepolapitelný Higgsův boson
Konečně je tu Higgsův boson, král elementárních částic, který je zodpovědný za rozdávání hmoty všem ostatním částicím. Lov na Higgs byl hlavním pokusem vědců, kteří se snažili dokončit katalog standardního modelu. Když byl Higgs konečně spatřen, fyzici se v roce 2012 radovali, ale výsledky je také nechaly na obtížném místě.
Higgs vypadá docela přesně, jak se předpovídalo, ale vědci doufali v další. O standardním modelu je známo, že je neúplný; například postrádá popis gravitace a vědci se domnívali, že zjištění, že Higgs by pomohl poukázat na jiné teorie, které by mohly nahradit standardní model. Zatím však při tomto hledání vyšli najevo.
Další zdroje:
