Subatómová častica

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
(Presmerované z Subatomárna častica)
Prejsť na: navigácia, hľadanie

Subatómová častica (iné názvy: subatomárna častica, elementárna častica v širšom zmysle) je častica menšia ako atóm [1][2]. Atómové jadro ako celok sa niekedy považuje za subatómovú časticu, inokedy sa za ňu nepovažuje (jednotlivé časti jadra sú ale typické subatómové častice).

Subatómové častice a ich vzájomné interakcie skúma fyzika častíc, t.j. subjadrová fyzika, a (jadro ako celok) jadrová fyzika.[3]

Druhy subatómových častíc[upraviť | upraviť zdroj]

Existujú dva typy subatómových častíc:

  • fundamentálne častice (elementárne častice v užšom zmysle) – tie nemajú ďalšiu vnútornú štruktúru
  • zložené častice - častice, ktoré sa skladajú z dvoch alebo viacerých fundamentálnych častíc (t.j. hadróny a prípadne aj atómové jadro) [4]

Podrobnosti pozri napr. v článkoch Zoznam elementárnych častíc, fundamentálna častica a hadrón.


Častice[upraviť | upraviť zdroj]

Koncept častice je jedným z niekoľkých konceptov, ktoré časticová fyzika prebrala z klasickej fyziky. Tento opis sveta okolo nás sa používa napríklad na opis správania sa hmoty a energie v subatomárnych mierkach kvantovej fyziky.

Následkom pokusov, ktoré preukázali, že svetlo sa môže správať ako prúd častíc a zároveň môže mať vlastnosti ako vlnenie, prešiel pojem častice významnými zmenami. Nový koncept vlnovo-časticového dualizmu zohľadňuje toto správanie častíc na kvantovej úrovni a ďalší nový koncept, princíp neurčitosti, hovorí, že analýza častíc na tejto úrovni vyžaduje štatistický prístup.

Energia[upraviť | upraviť zdroj]

Podľa Einsteinovej hypotézy sú energia a hmota vzájomnými ekvivalentami. To znamená, že hmotu je možné jednoducho vyjadriť pomocou energie a naopak. A preto existujú len dva spôsoby prenášania energie – a to častice alebo vlnenie. Napríklad svetlo je možné opísať ako vlnenie a aj ako časticu. Toto sa nazýva vlnovo-časticový dualizmus.[5] Vďaka objavom Alberta Einsteina, Louisa de Broglie a mnohých ďalších súčasná teória tvrdí, že všetky častice majú aj povahu vlnenia.[6] Tento jav bol preukázaný nielen pri elementárnych časticiach, ale aj pre zložené častice ako atómy či dokonca molekuly. Podľa tradičnej formulácie nerelativistickej kvantovej mechaniky podliehajú vlnovo-časticovému dualizmu všetky objekty, dokonca aj makroskopické objekty.[7] Skúmanie interakcií medzi časticami trvalo veľa storočí a prinieslo niekoľko jednoduchých zákonov opisujúcich správanie častíc pri vzájomných interakciách a kolíziách. Základom týchto zákonov je zákon zachovania energie a zákon zachovania hybnosti. Vďaka ním môžeme vypočítať vzájomné interakcie častíc vo všetkých mierkach od hviezd až po kvarky.[8]

Rozdelenie atómu[upraviť | upraviť zdroj]

Hmotnosť negatívne nabitého elektrónu sa rovná 1/1836 hmotnosti atómu vodíka. Pozitívne nabitý protón predstavuje zvyšok hmotnosti atómu vodíka. Počet protónov v jadre prvku sa označuje ako atómové číslo. Neutróny sú elektricky neutrálne častice s mierne vyššou hmotnosťou ako protón. Rozdielne izotopy rovnakého prvku obsahujú rovnaký počet protónov a líšia sa počtom neutrónov. Nukleónové číslo izotopu predstavuje počet nukleónov tzn. neutrónov a protónov spolu.

Historická predstava[upraviť | upraviť zdroj]

V prvých desaťročiach 20. storočia fyzici postupne zistili, že atómy nepredstavujú najmenšiu nedeliteľnú čiastočku hmoty, ako sa očakávalo už od dôb starých Grékov. Mnohé experimenty (napríklad pokusy Ernesta Rutherforda) postupne viedli k myšlienke, že aj atóm má vnútornú štruktúru, čiže – inými slovami povedané – tiež sa z niečoho skladá.

Vtedajšia predstava bola taká, že atóm má rozmery asi 1 × 10−10 m. Hlboko vo vnútri atómu sa nachádza jeho jadro s rozmermi 1 × 10−15 m a vo zvyšnom voľnom priestore sa pohybuju subatomárne častice – elektróny. Očakávalo sa, že jadro nesie kladný elektrický náboj a rovnako veľký záporný náboj predstavujú práve elektróny. Čiže navonok sa atóm prejavuje ako elektricky neutrálny.

Pokiaľ ide o jadro, predpokladalo sa, že sa skladá z dvoch ďalších subatomárnych častíc:

Protón aj neutrón sú častice asi 1 800-krát hmotnejšie než elektrón, pričom protón má elektrický náboj rovnako veľký ako elektrón ibaže kladný a neutrón je z elektrického hľadiska neutrálny.

V tých časoch sa zdalo, že pomocou kombinovania týchto troch subatomárnych častíc je možné objasniť ako funguje atóm a tiež to, prečo jestvuje veľké množstvo atómov a ich izotopov. Ale v priebehu ďalších desaťročí fyzici postupne objavovali ďalšie a ďalšie subjadrové častice. Niektoré z nich zapadali do predstáv o štruktúre atómu, niektoré sa však zdali nadbytočné.

Moderná predstava[upraviť | upraviť zdroj]

V 60-tych rokoch 20. storočia fyzici spoznali niekoľko stoviek subatomárnych častíc. Znamenalo to, že počiatočný sen vysvetliť rôznosť sveta atómov pomocou niekoľkých subatomárnych častíc sa rozplynul.

V priebehu nasledujúcich rokov sa fyzikovi Murray Gell-Mannovi podarilo navrhnúť novú systematiku subatomárnych častíc. Jeho nápad spočíval v tom, že do teórie zaviedol šesť nových častíc nazvaných kvarky. V tejto dodnes platnej teórii sa celý fyzikálny svet dá vysvetliť pomocou 6 kvarkov, 6 leptónov (častice podobného druhu ako elektrón) a vzájomných fyzikálnych pôsobení medzi nimi.

Fyzikálne pôsobenie[upraviť | upraviť zdroj]

Pod fyzikálnym pôsobením sa myslia sily, ktoré pôsobia medzi časticami. Poznáme 4 sily alebo pôsobenia (fyzikálne interakcie):

  1. gravitácia,
  2. elektromagnetizmus,
  3. slabá interakcia,
  4. silná interakcia.

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. [1]
  2. Subatomic particles. NTD. prístup: 5 June 2012.
  3. FRITZSCH, Harald (2005). Elementary Particles. World Scientific, 11–20. ISBN 978-981-256-141-1.
  4. BOLONKIN, Alexander (2011). Universe, Human Immortality and Future Human Evaluation. Elsevier, 25. ISBN 9780124158016.
  5. EINSTEIN, Albert (1920). Relativity: The Special &vGeneral Theory. Henry Holt and Company. ISBN 1-58734-092-5.
  6. Walter Greiner (2001). Quantum Mechanics: An Introduction. Springer. ISBN 3-540-67458-6.
  7. R. Eisberg and R. Resnick (1985). Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles, 2nd, John Wiley & Sons, 59–60. ISBN 0-471-87373-X. “For both large and small wavelengths, both matter and radiation have both particle and wave aspects. […] But the wave aspects of their motion become more difficult to observe as their wavelengths become shorter. […] For ordinary macroscopic particles the mass is so large that the momentum is always sufficiently large to make the de Broglie wavelength small enough to be beyond the range of experimental detection, and classical mechanics reigns supreme.”
  8. Isaac Newton (1687). Newton's Laws of Motion (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)

Externé odkazy[upraviť | upraviť zdroj]