Částice

velmi malá část hmoty, která se projevuje svými charakteristickými vlastnostmi
(přesměrováno z Hypotetická částice)
Tento článek je o fyzice. Další významy jsou uvedeny na stránce 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 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 hypotetickými částicemi, tedy částicemi, jejichž existence je předpovídána na základě teorií, avšak zatím nebyly pozorovány.

Mnohé částice se samovolně rozpadají na jiné částice (například 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 velikostiEditovat

Pro technologické účely se často používá dělení podle velikosti na

Dělení podle fyzikální podstatyEditovat

Podle fyzikální podstaty lze částice rozdělit na

Elementární částiceEditovat

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

Standardní modelEditovat

Elementární částice popisuje 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 částiceEditovat

Různé fyzikální teorie předpovídají existenci dalších elementárních částic. Jedná se především o částice předpovídané na základě 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 částiceEditovat

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, mimo jiné leptokvarky (složené z leptonů a kvarků zároveň), kvarkovogluonové 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).

HadronyEditovat

Hadrony jsou subjaderné složené částice, které mohou obsahovat kvarkyantikvarky, případně pouze vázané stavy více gluonů. 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 například proton, neutron, hyperony);

a exotické nově objevené složené částice:[pozn. 2]

Teorie elementárních částic připouští možnou existenci dalších exotických subjaderných částic složených z elementárních částic standardního modelu. Speciální skupinu (rozumí se mimo hadrony) by tak mohly tvořit leptokvarky, vázané stavy leptonů a kvarků;[14] první náznak možné existence leptokvarků byl překvapivě získán v CERNu v rámci experimentu LHCb v r. 2021.[15][16]

Pozn.: Vázané stavy více leptonů umožňuje pouze elektromagnetická interakce, proto se řadí mezi exotické atomy.

Atomové jádroEditovat

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

Atomy a iontyEditovat

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 jádrem a elektronovým obalem vede ke vzniku iontů (kationtyanionty). Na atomy se zaměřuje atomová fyzika a také chemie.

MolekulyEditovat

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 nebo prvku. Molekuly jsou složeny z jednoho nebo více atomů. Studiem molekul se zabývá chemie.

KvazičásticeEditovat

Rovnice, které popisují mnohočásticové systémy, nebo jejich řešení, jsou často svou formou velmi podobné 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, například 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 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 pozměňovat.

Kvazičástice mohou mít velmi exotické vlastnosti, které jsou pro normální částice vyloučené. Například v zlomkovém kvantovém Hallově jevu se vyskytují kvazičástice s elektrickým nábojem rovným zlomkové části (například pětině) elementárního náboje; ve „dvourozměrných“ kvantových strukturách (jednoatomové vrstvy a podobně) je možno realizovat kvazičástice, jejichž statistické chování je mezi fermionybosony (anyony[17]). Byly též prokázány kvazičástice chovající se jako magnetický monopól[18] či s nulovou[19] a dokonce i zápornou efektivní hmotností.[20]

Virtuální částiceEditovat

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).[21] Virtuální částice se v mnoha směrech chovají jako reálné částice.

PoznámkyEditovat

  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 (nebo lineární kombinace supersymetrických partnerů k částicím nenarušených elektroslabých polí B0 a W0, W± s partnery Higgsových částic).[1]
  2. Z níže uvedených vícekvarkových subjaderných částic mohou být zvlášť vyčleňovány tzv. „hadronové molekuly“, popisované jako dvoumezonové (tzv. deusony), mezon-baryonové, třímezonové, dvoubaryonové (dibaryony) a baryon-antibaryonové (baryonia) vázané stavy držené zbytkovou silnou interakcí, podobně jako jsou drženy nukleony v jádře, zatímco v „pravých“ tetrakvarcích, pentakvarcích a hexakvarcích jsou všechny jednotlivé kvarky vázány „rovnoprávněji“ (s přihlédnutím k rozdílným hmotnostem); takto rozdělované skupiny jsou však principiálně těžko rozlišitelné.[2]
  3. Protože neobsahují žádnou elementární částici látky, jsou někdy řazeny mezi kvazičástice[11], zpravidla však mezi exotické mezony[12]

ReferenceEditovat

  1. MARTIN, Stephen P. A Supersymmetry Primer [online]. 6. vyd. Září 2011. S. 90–107. PDF. arXiv:hep-ph/9709356v6. (anglicky) 
  2. CLOSE, Frank. Exotic hadrons bend the rules. CERN Courier [online]. IOP Publishing, 2017-03-10. Dostupné online. (anglicky) 
  3. MIHULKA, Stanislav. Nová příšera v zoo: Nejspíš ulovili tetrakvark!. OSEL.cz [online]. 19. červen 2013. Dostupné online. 
  4. MIHULKA, Stanislav. Objevíme celou novou rodinu tetrakvarků?. OSEL.cz [online]. 11. listopad 2013. Dostupné online. 
  5. JOHNSTON, Hamish. Fermilab bags a tetraquark. Physics World [online]. 29. únor 2016. Dostupné online. (anglicky) 
  6. CERN. LHCb unveils new particles. Phys.Org [online]. 5. červenec 2016. Dostupné online. arXiv:1606.07895. (anglicky) 
  7. 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) 
  8. MIHULKA, Stanislav. Na Velkém hadronovém srážeči chytili pentakvarky. OSEL.cz [online]. 14. červenec 2015. Dostupné online. 
  9. Quarks in six-packs: Exotic Particle Confirmed. Phys.org [online]. 6. červen 2014. Dostupné online. (anglicky) 
  10. MIHULKA, Stanislav. Dibaryon ze šesti kvarků potvrzen v urychlovači COSY. OSEL.cz [online]. 16. červen 2014. Dostupné online. 
  11. a b MIHULKA, Stanislav. Částicoví fyzici polapili kvazičástici odderon. OSEL.cz [online]. 2021-03-20. Dostupné online. ISSN 1214-6307. 
  12. ZYLA, P. A., et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics. 78. Non-qq Mesons. Progress of Theoretical and Experimental Physics [online]. The Physical Society of Japan, 2020-08-14. Roč. 2020, čís. 8: 083C01. Dostupné online. ISSN 2050-3911. DOI:10.1093/ptep/ptaa104. (anglicky) 
  13. CHALMERS, Matthew. Odderon discovered. CERN Courier [online]. IOP Publishing, 2021-03-09. Online před zahrnutím do čísla. Dostupné online. (anglicky) 
  14. ZYLA, P. A., et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics. 95. Leptoquarks. Progress of Theoretical and Experimental Physics [online]. The Physical Society of Japan, 2020-08-14. Roč. 2020, čís. 8: 083C01. Dostupné online. ISSN 2050-3911. DOI:10.1093/ptep/ptaa104. (anglicky) 
  15. JOHNSTON, Hamish. Has a new particle called a ‘leptoquark’ been spotted at CERN?. Physics World [online]. IOP Publishing, 2021-03-23. Dostupné online. (anglicky) 
  16. HOUSER, Pavel. Data z CERNu naznačují existenci zcela nových částic. SCIENCEmag.cz [online]. Nitemedia s.r.o., 2021-03-24. Dostupné online. 
  17. Anyon There? (Physical Review Focus)
  18. První přímý důkaz existence magnetického monopólu (OSEL – Objective Source E-Learning)
  19. Tajuplné Weylovy ferminony s nulovou hmotností objeveny po 85 letech (OSEL – Objective Source E-Learning)
  20. MIHULKA, Stanislav. Nové zařízení vytváří kvazičástice se „zápornou hmotností“. OSEL (Objective Source E- Learning) [online]. Osel,s.r.o., 15. leden 2018. Dostupné online. ISSN 1214-6307. 
  21. HAVRÁNEK, Miroslav. Je možné zviditelnit virtuální částice? [online]. Štefánikova hvězdárna, 2011-12-19 [cit. 2012-01-10]. Dostupné online. 

Související článkyEditovat

Externí odkazyEditovat

  •   Slovníkové heslo částice ve Wikislovníku