Částicová fyzika – kvarkový model

1. Částicová fyzika – kvarkový model udd uud uuu ddd S=0 uus dds Q=2 uds S=-1 dss uss Q=1 S=-2 Q=0 S=-3 sss • Nedostatky kvarkového modelu : • Nebyly nikdy pozorovány samostatné kvarky • Porušoval Pauliho vylučovací princip Q=-1

2. Částicová fyzika – kvarkový model u u u u d d d s s s d s 1964 - O. Greenberg navrhuje řešení problému s Pauliho vylučovacím principem zavedením nové kvantové vlastnosti kvarků – barvy. Má-li každý kvark v dané částici (uuu, ddd, sss) jinou barvu, nejsou identické a Pauliho vylučovací princip se na něj nevztahuje.

3. Částicová fyzika – kvarkový model d u u d d u d u u d Vlastnost „barevnost“ u složených částic nepozorujeme, neboť tři různé barvy či barva a antibarva dá dohromady „bílou“ – bezbarvou částici. Neutron Proton π- π+ Pozn.: kvantová vlastnost „barva“ samozřejmě nemá nic společného s optickými jevy.

4. Částicová fyzika – objev J/Ψ Burton Ritcher 1931 - S. C. C. Ting 1936 - Zavedení barev kvarků vyřešilo problém s Pauliho vylučovacím principem a zároveň naznačilo, proč nelze pozorovat samostatné kvarky – pokud pozorovatelné objekty (částice) musí být bezbarvé, pak je možné spojovat kvarky po dvou (barva-antibarva) nebo po třech (tři barvy nebo tři antibarvy), ne však čtyřech či po jednom. Nutnost „bezbarvosti“ pozorovatelných částic byla ale spekulace a kvarkový model nebyl podložen experimentálně. Mezi roky 1964 – 1974 se o kvarcích v „lepší fyzikální společnosti“ nemluvilo. Objev J/Ψr. 1974, Nobelova cena r. 1976

5. Částicová fyzika – objev J/Ψ • Elektricky neutrální • Extrémně těžká (3.1 GeV) • Extrémní doba života (10-20 s) Obdobně těžké částice (mezony) mají typickou dobu života 10-23 s, tato částice žije tedy 1000x déle, než srovnatelné částice. To je jako objevit kdesi v Andách vesničku, ve které se lidé dožívají běžně 70000 let. To nemůže být nějaká anomálie, ale známka úplně nových, doposud neznámých biologických jevů. Objev J/Ψtedy znamenal převrat ve fyzice částic. Tento objev je často označován jako Listopadová revoluce.

6. Částicová fyzika – objev J/Ψ J/Ψje vázaný stav nového kvarku a antikvarku. Tento kvark byl označen jako půvabný (charm). Vázaný stav cc by dle kvarkového měl mít opravdu tak dlouhý život, jak bylo naměřeno. O vlastnostech J/Ψse v měsících po jeho objevu hodně diskutovalo, nicméně zcela vyhovující vysvětlení podal kvarkový model:

7. Částicová fyzika – kvarkový model Existence nového kvarku (c) impikuje existenci mnoha nových částic: ccc c=3 ccd ccu c=2 ccs cud cdd cuu c=1 cds css cus (ddd) Δ- Δ+ (duu) Δ0 (ddu) Δ++ (uuu) (dds) Σ- Σ+ (uus) c=0 Ξ0 (uss) (dss) Ξ- (sss)

8. Částicová fyzika – standardní model Současné vědomosti o elementárních částicích shrnuje tzv. Standardní model. Elementární se zde rozumí taková částice, u které nelze pomocí současných experimentálních metod pozorovat vnitřní strukturu. Leptony

9. Částicová fyzika – standardní model Současné vědomosti o elementárních částicích shrnuje tzv. Standardní model. Elementární se zde rozumí taková částice, u které nelze pomocí současných experimentálních metod pozorovat vnitřní strukturu. Kvarky

10. Částicová fyzika – standardní model Elektromagnetická Gravitační Slabá Silná Jak to všechno drží pohromadě? 4 základní interakce Elmg., silnou a slabou interakci lze vysvětlit pomocí výměny určitých druhů částic částic - mediátorů

11. Částicová fyzika – standardní model • Interakce vysvětlena • výměnou částic (mediátorů) • Kvantová teorie pole • Feynmanovy diagramy e- e-

12. Elektromagnetická Částicová fyzika – standardní model • Reaguje na elektrický náboj • Nekonečný dosah • Odpudivá i přitažlivá • Nosičem (mediátorem) je foton

13. Částicová fyzika – standardní model Silná • Reaguje na barvu • Krátký dosah • Přitažlivá, odpudivá pouze na velmi krátké vzdálenosti • Nosičem (mediátorem) je gluon Silná interakce drží pohromadě kvarky v částicích, její zbytková forma pak drží pohromadě atomová jádra.

14. Částicová fyzika – standardní model Neexistují volné barevné částice – za což může jev uvěznění kvarků. Budeme-li se snažit uvolnit kvark z nitra nukleonu, poroste síla, kterou je v něm vázán. Pokud při „oddalování“ kvarku dodáme dostatečnou energii, vytvoří se pár kvark – antikvark, který se naváže k původním tak, že vzniknou dvě nové bezbarvé částice. Analogii vidíme při natahování pružiny. Pokud pružinu natáhneme moc, praskne a zbudou nám pružiny dvě.

15. Částicová fyzika – kvarkový model Slabá • Reaguje na typ kvarku či leptonu (někdy označováno jako • chuť - flavor) • Krátký dosah • Odpudivá, neexistují stabilní systémy vázané slabou • interakcí. Je zodpovědná za některé rozpady částic • Nosičy (mediátory) jsou tzv. intermediální bozony

16. Částicová fyzika – standardní model