Subatomárna častica
Subatomárna častica je, vo fyzike alebo chémii, častica menšia ako atóm.[1] Existujú dva typy subatomárnych častíc: elementárne (fundamentálne) častice – tie nemajú ďalšiu vnútornú štruktúru a zložené častice.[2] Tieto častice a ich vzájomné interakcie skúma jadrová fyzika a fyzika častíc.[3] Štandardný model obsahuje tieto elementárne častice:[4]
- šesť "vôní" kvarkov
- šesť druhov leptónov
- dvanásť kalibračných bozónov
Rôzne rozšírenia štandardného modelu predpokladajú existenciu gravitónu a mnohých ďalších elementárnych častíc.
Zložené častice (ako napr. protón alebo atómové jadro) sa skladajú z dvoch alebo viacerých elementárnych častíc. Napríklad protón sa skladá z dvoch horných kvarkov a jedného dolného kvarku a jadro atómu hélia-4 sa skladá z dvoch protónov a dvoch neutrónov. Medzi zložené častice patria všetky hadróny, tzn. všetky baryóny (protóny a neutróny) a všetky mezóny (pióny a kaóny).
Obsah |
Častice [upraviť]
Koncept častice je jedným z niekoľkých konceptov, ktoré časticová fyzika prebrala z klasickej fyziky. Tento popis sveta okolo nás sa používa napríklad na popis správania sa hmoty a energie v subatomárnych mierkach kvantovej fyziky. Pre fyzikov má slovo častica pomerne odlišný význam oproti bežnému ponímaniu, čo zohľadňuje moderný pohľad na správanie častíc na kvantovej úrovni.
Následkom pokusov, ktoré preukázali, že svetlo sa môže správať ako prúd častíc a zároveň môže mať vlastnosti ako vlnenie, prešiel koncept 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]
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 popísať 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 tiež 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 mnoho 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]
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]
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 i 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 dobách 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]
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]
Pod fyzikálnym pôsobením sa myslia sily, ktoré pôsobia medzi časticami. Poznáme 4 sily alebo pôsobenia (fyzikálne interakcie):
Referencie [upraviť]
- ↑ Subatomic particles. NTD. prístup: 5 June 2012.
- ↑ BOLONKIN, Alexander (2011). Universe, Human Immortality and Future Human Evaluation. Elsevier, 25. ISBN 9780124158016.
- ↑ FRITZSCH, Harald (2005). Elementary Particles. World Scientific, 11–20. ISBN 978-981-256-141-1.
- ↑ COTTINGHAM, W. N. (2007). An introduction to the standard model of particle physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85249-4.
- ↑ EINSTEIN, Albert (1920). Relativity: The Special &vGeneral Theory. Henry Holt and Company. ISBN 1-58734-092-5.
- ↑ Walter Greiner (2001). Quantum Mechanics: An Introduction. Springer. ISBN 3-540-67458-6.
- ↑ 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.”
- ↑ Isaac Newton (1687). Newton's Laws of Motion (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)
Externé odkazy [upraviť]
- particleadventure.org: The Standard Model.
- cpepweb.org: Particle chart.
- University of California: Particle Data Group.
- Annotated Physics Encyclopædia: Quantum Field Theory.
- Jose Galvez: Chapter 1 Electrodynamics (pdf).
| Častice v atóme |
|---|
| protón (p) | neutrón (n) |
| kvarky: kvark u (horný) | kvark d (dolný) | kvark c (pôvabný) | kvark s (podivný) | kvark t (vrchný) | kvark b (spodný) |
leptóny: elektrón (e) | mión (µ) | tauón (τ) | neutríno ( ) |
|
|||||||||||
