Částice

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Tento článek pojednává o fyzice. Další významy jsou uvedeny v článku Částice (rozcestník).

Částice je velmi malá část hmoty, která se projevuje svými charakteristickými vlastnostmi (energií, hmotností, elektrickým nábojem, spinem, chemickou reaktivností, dobou života, aj.).

Studiem částic ve fyzice se zabývá především fyzika částic, která se zaměřuje především na studium tzv. elementárních částic a dále částic, které vzniknou v důsledku vazby mezi elementárními částicemi (takové částice bývají také označovány jako složené).

Fyzika částic se zabývá nejen částicemi, které byly pozorovány při experimentech, ale také tzv. hypotetickými částicemi, tzn. částicemi, jejichž existence je předpovídána na základě teorií, avšak zatím nebyly pozorovány.

Mnohé částice se samovolně rozpadají na jiné částice (např. radioaktivní rozpad) – takové částice se označují jako nestabilní. Částice, které se nerozpadají, bývají označovány jako stabilní částice. Částice lze dělit do různých skupin podle mnoha kritérií.

Dělení podle velikosti[editovat | editovat zdroj]

Pro technologické účely se často používá dělení podle velikosti na

Dělení podle fyzikální podstaty[editovat | editovat zdroj]

Podle fyzikální podstaty lze částice rozdělit na

Elementární částice[editovat | editovat zdroj]

Elementární částice nemají vnitřní strukturu a jsou považovány za bodové. Elementární částice jsou základními objekty kvantové teorie pole.

Standardní model[editovat | editovat zdroj]

Elementární částice popisuje tzv. Standardní model.

Dělí se na částice látkové a polní; vhodnou rozlišovací charakteristikou je jejich spin:

Všechny elementární částice standardního modelu již byly experimentálně pozorovány.

Hypotetické částice[editovat | editovat zdroj]

Různé fyzikální teorie předpovídají existenci dalších elementárních částic. Jedná se především o částice předpovídané na základě tzv. supersymetrie: skvarky, sleptony (např. selektron), gluino, neutralinachargina[pozn. 1]. Mezi hypotetické částice lze v současné chvíli řadit také graviton. Jako příklad dalších hypotetických částic lze uvést např. tachyon nebo axion.

Složené částice[editovat | editovat zdroj]

Složené částice lze rozdělit do několika hierarchických úrovní.

Do subatomárních složených částic patří ze známých částic hadrony, hypoteticky se předpokládají i jiné exotické složené částice, např. leptokvarky (složené z leptonů a kvarků zároveň), kvarkovo-gluonové vázané stavy či gluebally (složené z gluonů).

Vyššími hierarchickými úrovněmi jsou atomová jádra, ionty, atomy a molekuly.

Hranice úrovní přitom nejsou ostré (proton je současně hadronem, atomovým jádrem i iontem vodíku H+; některé molekuly jsou jednoatomové).

Hadrony[editovat | editovat zdroj]

Hadrony jsou složené částice, které mohou obsahovat kvarkyantikvarky. Hadrony jsou částice schopné vzájemného silového působení prostřednictvím silné interakce.

Hadrony se podle spinukvarkového složení dělí na v přírodě běžné:

  • mezony – hadrony s celočíselným spinem složené z 1 kvarku a 1 antikvarku (patří mezi ně např. pion, kaon)
  • baryony – hadrony s poločíselným spinem složené ze 3 kvarků (patří mezi ně např. proton, neutron, hyperony);

a exotické nově objevené složené částice:

  • tetrakvarky – s celočíselným spinem, složené ze 2 kvarků a 2 antikvarků;[2][3]
  • pentakvarky – s poločíselným spinem, složené ze 4 kvarků a 1 antikvarku;[4][5]
  • dibaryony – s celočíselným spinem, složené ze 6 kvarků.[6][7].

Atomové jádro[editovat | editovat zdroj]

Atomové jádro je složeno z protonůneutronů. Každý typ jádra obsahuje určitý počet protonůneutronů (nuklid, izotop). Jadernými reakcemi lze měnit nuklid na jiný. Na studium atomového jádra se zaměřuje jaderná fyzika.

Atomy a ionty[editovat | editovat zdroj]

Atomy jsou nejmenší neutrální částice, na něž lze hmotu rozdělit chemickou reakcí. Atomy jsou složeny z malého, hmotného atomového jádra, které je obklopeno relativně velkým a lehkým elektronovým obalem. Každý typ atomu odpovídá určitému chemickému prvku (viz periodická tabulka).

Nerovnováha elektrického náboje mezi atomovým jádremelektronovým obalem vede ke vzniku iontů (kationtyanionty). Na atomy se zaměřuje atomová fyzika a také chemie.

Molekuly[editovat | editovat zdroj]

Molekuly jsou nejmenší částice, na které lze hmotu rozdělit se zachováním vlastností dané hmoty (molekuly jsou tedy základní částice nesoucí vlastnosti celku). Každá molekula odpovídá určité chemické sloučenině. Molekuly jsou složeny z jednoho nebo více atomů. Studiem molekul se zabývá chemie.

Kvazičástice[editovat | editovat zdroj]

Rovnice, které popisují mnohočásticové systémy, nebo jejich řešení jsou často svou formou velmi podobná popisu přítomnosti nějaké částice, aniž by taková samostatná částice v daném systému opravdu existovala. Jedná se o určitý druh kolektivních kvantových stavů (víceatomové elektronové stavy v látce, např. excitace atomové mřížky, vícenukleonové stavy v atomovém jádře apod.), které jsou nejen výpočetním konstruktem, ale mohou mít konkrétní reálné projevy (přenos energie, hybnosti, elektrického náboje, magnetického momentu, statistické chování podle spinu apod.). Označují se jako kvazičástice. Kvazičástice (někdy též „kolektivní excitace“) přestavují způsob, jak zjednodušit popis mnohočásticových systémů. Příkladem jsou elektronové díry, fonony, magnony nebo plazmony. Materiálové inženýrství umožňuje jejich vlastnosti modifikovat.

Kvazičástice mohou mít velmi exotické vlastnosti, které jsou pro normální částice vyloučené. Např. v tzv. zlomkovém kvantovém Hallově jevu se vyskytují kvazičástice s elektrickým nábojem rovným zlomkové části (např. pětině) elementárního náboje; ve „dvourozměrných“ kvantových strukturách (jednoatomové vrstvy apod.) je možno realizovat kvazičástice, jejichž statistické chování je mezi fermionybosony (tzv. anyony[8]). Byly též prokázány kvazičástice chovající se jako magnetický monopól[9] či s nulovou efektivní hmotností.[10]

Virtuální částice[editovat | editovat zdroj]

Virtuální částice je koncept kvantové teorie pole. Tyto částice nesplňují Pythagorovu větu o energii. Virtuální částice jsou však takové částice, které existují pouze ve velmi omezeném časeprostoru (jako například tunelový jev).[11] Virtuální částice se v mnoha směrech chovají jako reálné částice.

Poznámky[editovat | editovat zdroj]

  1. Neutralino a chargino jsou supersymetrické částice odpovídající kombinaci supersymetrických partnerů neutrálních resp. nabitých částic elektroslabé interakce. Teorie supersymetrie nevyžaduje, aby jako supersymetrické částice vystupovaly přímé protějšky známých částic elektroslabé interakce po spontánním narušení elektroslabé symetrie (fotino k fotonu, zino k Z0, wino k W±higgsino), ale jejich lineární kombinace (resp. lineární kombinace supersymetrických partnerů k částicím nenarušených elektroslabých polí B0 a W0, W± s partnery higgsových částic).[1]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. MARTIN, Stephen P. A Supersymmetry Primer [online]. 6. vyd. září 2011. S. 90–107. Dostupné online. arXiv:hep-ph/9709356v6. (anglicky) 
  2. MIHULKA, Stanislav. Nová příšera v zoo: Nejspíš ulovili tetrakvark!. OSEL.cz [online]. , 19. červen 2013. Dostupné online.  
  3. MIHULKA, Stanislav. Objevíme celou novou rodinu tetrakvarků?. OSEL.cz [online]. , 11. listopad 2013. Dostupné online.  
  4. LHCb collaboration. Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λb0→J/ψK−p decays [online]. 1. vyd. CERN, 2015-07-13. S. 1–48. Dostupné online. PDF: [1]. arXiv:1507.03414. (anglicky) 
  5. MIHULKA, Stanislav. Na Velkém hadronovém srážeči chytili pentakvarky. OSEL.cz [online]. , 14. červenec 2015. Dostupné online.  
  6. Quarks in six-packs: Exotic Particle Confirmed. Phys.org [online]. , 6. červen 2014. Dostupné online.  (anglicky) 
  7. MIHULKA, Stanislav. Dibaryon ze šesti kvarků potvrzen v urychlovači COSY. OSEL.cz [online]. , 16. červen 2014. Dostupné online.  
  8. Anyon There? (Physical Review Focus)
  9. První přímý důkaz existence magnetického monopólu (OSEL – Objective Source E-Learning)
  10. Tajuplné Weylovy ferminony s nulovou hmotností objeveny po 85 letech (OSEL – Objective Source E-Learning)
  11. HAVRÁNEK, Miroslav. Je možné zviditelnit virtuální částice? [online]. Štefánikova hvězdárna, 2011-12-19, [cit. 2012-01-10]. Dostupné online.  

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

  • Slovníkové heslo částice ve Wikislovníku