Page 1

2. HRANICE: vIOLONCELLO objevených částicích naznačují něco podobného: v jádru stovek nově zjištěných částic musí existovat ještě elementárnější stavební kameny.

kvARky: CHyBěJÍCÍ POsLEdNÍ vRsTvA? Řada fyziků si povšimla, že když se mnohadimenzionální reprezentace SU(3) rozmístí do vrstev, vznikne tvar jehlanu – ale bez horní vrstvy. Na vrcholu by přitom mělo být něco jako obyčejný trojúhelník, což by odpovídalo nejjednodušší fyzické reprezentaci SU(3) ve trojrozměrné geometrii (obrázek 21). Podíváme-li se na tyto vrstvy z hlediska symetrie, je tato chybějící vrstva ve skutečnosti tím, z čeho by mohly vycházet všechny ostatní vrstvy. Částice, které by této chybějící vrstvě odpovídaly, však nikdo nepozoroval. Robert Serber, který byl během Projektu Manhattan pravou rukou J. Roberta Oppenheimera, patřil mezi zastánce hypotézy, že tato chybějící vrstva možná ukazuje na tři elementární částice, z nichž se skládají částice odpovídající ostatním vrstvám. V roce 1963 Serber tuto myšlenku vysvětloval při obědě Gell-Mannovi, když ho ale Gell-Mann vyzval, aby vysvětlil, jaký by ony hypotetické částice měly mít elektrický náboj, Serber si nebyl jistý. Gell-Mann začal něco čmárat na ubrousek a brzy měl odpověď. Tyto náboje by činily 2/3 nebo –1/3 náboje protonu. Taková odpověď vypadala absurdně. „Byla by to legrační hříčka,“ komentoval to Gell-Mann a použil přitom výraz „funny quirk“. Fyzika do té doby neznala náboj, který by nebyl celočíselným násobkem náboje elektronu nebo protonu. Bylo to jako za Pythagora. Vládlo přesvědčení, že všechno je tvořeno celočíselnými násobky, najednou se však objevilo něco, co dělí tuto základní jednotku na kousky. Šlo sice stále o celočíselné poměry, avšak zlomkové náboje ještě nikdo nespatřil. Gell-Mann byl sice zpočátku vůči hypotetickým částicím

Obr. 21: Trojúhelník naznačující tři nové částice: kvark nahoru u, kvark dolů d a kvark podivný s.

98

Ukázka elektronické knihy, UID: KOS269841


kvARky: CHyBěJÍCÍ POsLEdNÍ vRsTvA?

Obr. 22: Kvarkové složky osmidílné cesty.

se zlomkovým nábojem skeptický, do večera téhož dne však na něj zřejmě zapůsobilo jejich kouzlo a v následujících týdnech začal objevovat dosah této hypotézy. Když o těchto částicích mluvil, říkal jim slovem „kworky“, jímž předtím označoval něco jako „legrácky“. Podle Serbera to také mohla být hra se slovem „quirk“, které Gell-Mann vyslovil při obědě. Gell-Mann nakonec pro tyto hypotetické částice našel správné slovo, když si pročítal experimentální dílo Jamese Joyce Plačky nad Finneganem. Zpozorněl, když narazil na první verš básně zesměšňující krále Marka, podváděného manžela z mýtu o Tristanovi: „Tři kvarky pro pána Marka!“ Vzhledem k tomu, že i hypotetické nové částice byly tři, vypadal odkaz na Joyce přímo dokonale. Jediná potíž byla v tom, že Joyce nepoužil slovo „kwork“, ale „kvark“. Nakonec se Gell-Mannovo slovo v Joyceově verzi ujalo. Kvarky se nakonec staly tím, co pokládáme za poslední vrstvu ve výstavbě hmoty. Nějakou dobu ale trvalo, než se tento koncept ujal. Když Gell-Mann telefonicky diskutoval o kvarcích se svým bývalým vedoucím doktorské práce, musel ho jeho protějšek zarazit: „Murrayi, neblázněte… tohle je mezinárodní hovor.“ Gell-Mannovi se tyto vzorce zdály příliš krásné na to, aby se pod nimi neskrývala fyzikální realita. Jeho představa byla taková, že pod dosud známými vrstvami částic leží nová vrstva tří základních částic: kvarku nahoru (up, symbol u), kvarku dolů (down, d) a podivného (strange, s), jejichž náboje mají po řadě hodnoty 2/3, –1/3 a –1/3. Všechny další částice jsou pak složeny z kombinací těchto kvarků (a v případě kaonů a pionů jejich antičástic). Podivnost částice určuje počet podivných kvarků v jejím složení. Nyní tedy můžeme překreslit

99

Ukázka elektronické knihy, UID: KOS269841


2. HRANICE: vIOLONCELLO diagram osmidílné cesty, tvořené protonem, neutronem a částicemi sigma, ksí a lambda, se zahrnutím jejich kvarkových složek (obrázek 22). Jdeme-li obrázkem nahoru, každým krokem se počet podivných kvarků snižuje o jeden. Budeme-li grafem postupovat podle rostoucího náboje, v každém kroku se zvyšuje počet kvarků nahoru, tedy kvarků s nábojem 2/3. Třetím směrem se zvyšuje počet kvarků dolů. Totéž se předtím zjistilo i u dalších vrstev částic. Gell-Mann nebyl jediný, kdo si pohrával s představou rozebrat hmotu na ještě menší částice. Rovněž americký fyzik George Zweig byl přesvědčen, že vzorce uspořádání částic naznačují existenci ještě hlubší vrstvy. Těmto předpokládaným částicím říkal esa a zřejmě ještě více než Serber nebo Gell-Mann věřil, že fyzicky existují. Preprinty, v nichž svou hypotézu objasňoval, ale šéf oddělení teoretické fyziky na CERN zavrhl jako „úplný nesmysl“. Ani Gell-Mann své kvarky nepovažoval za něco víc než matematický model, který do grafického rozvržení částic vnáší určitý řád. Byla to pro něj mnemotechnická pomůcka, nikoli hmatatelná skutečnost. Zweigovo přesvědčení o fyzické existenci těchto částic Gell-Mann odmítal: „Reálně existující kvarkový model – to je pro hlupáky.“

Od fANTAZIE kE skUTEČNOsTI Tento skeptický postoj se změnil po experimentech s bombardováním protonů elektrony z konce 60. let ve Stanfordském centru lineárního urychlovače. Analýza protonového náboje odhalila, že proton zabírá prostor velký 10–15 metru. Předpokládalo se, že proton bude v oblasti o této velikosti rozprostřen rovnoměrně. Když ale výzkumníci vystřelili na protonovou kapku elektrony, zažili šok, protože výsledkem byl rozptýlený vzorec. Podobalo se to překvapení, které zažil Rutherford při ostřelování atomů zlata alfa částicemi; ukázalo se, že proton, stejně jako celý atom, z většiny sestává z prázdného prostoru. Rozptýlený vzorec odpovídal tomu, že proton tvoří tři menší částice. Stejně jako v Rutherfordových experimentech se vždy jeden z elektronů srazil s jedním z těchto tří bodů a odrazil se zpět ke zdroji. Experiment tak potvrdil hypotézu, že proton je složen ze tří kvarků. I když kvark sám o sobě nikdy spatřen nebyl, rozptyl elektronů naznačoval, že proton se musí skládat ze tří menších částic. Ukázalo se, že „hlupáci“ měli pravdu. Kvarky nahoru, dolů a podivný nebyly jen matematickou mnemotechnickou pomůckou, ale hmatatelnou skutečností. Nakonec se zjistilo, že tyto tři kvarky k pokrytí všech nových částic nestačí, takže dnes známe šest kvarků spolu s jejich antičásticemi. Kromě oněch tří, jimž dal jméno Gell-Mann, se na scéně objevily další tři: půvabný (charm, symbol c), svrchní (top, t) a spodní (bottom, b). Zjištění, že zvěřinec elementárních částic je uspořádán pomocí matematiky symetrií, je jedním z nejpůsobivějších vědeckých odhalení 20. století. Sledovat,

100

Ukázka elektronické knihy

Profile for Kosmas-CZ

Co nemůžeme poznat (Ukázka, strana 99)  

Co nemůžeme poznat (Ukázka, strana 99)  

Profile for kosmas-cz