Urychlovač LHC našel novou částici: většinově půvabnou a předpovězenou

  13:31aktualizováno  13:31
Tým pracující na urychlovači LHC oznámil přesvědčivě doložený objev nové „složené“ částice. Její existenci fyzikové předpověděli před několika lety, nyní se její stopy podařilo najít i při pokusu.

Detektor LHCb na urychlovači LHC | foto: CERN

Tak ohromný úspěch jako objev Higgsova bosonu to zdaleka není, ale i tak si fyzikové pracující na detektoru LHCb připsali hezký výsledek: objevili jasné stopy existence zatím nikdy předtím nepozorované částice. (LHCb je jeden z několika velkých detektorů umístěných na prstenci urychlovače LHC, abychom to trochu matoucí označení vysvětlili.)

Nový objev dostal označení ksí (podle písmene řecké abecedy Ξ, což je v podstatě naše X) a jde o tzv. baryon. Baryony jsou těžké částice - všechny těžší než proton - které se skládají z několika menších, tzv. elementárních částic. V případě baryonů vždy ze tří kvarků, které mohou být různých „typů“. To, o jaké kvarky zrovna jde, pak určuje vlastnosti i složené částice. (Samozřejmě časem se může zjistit, že i kvarky jsou z něčeho složené, a přestanou být elementárními částicemi, ale to nám dnes může být jedno.) V případě ksí jde o baryon složený ze dvou tzv. půvabných kvarků a jednoho nahoru (ne, to není chyba, přesvědčte se např. na Wikipedii)

Nutno říci, že o vlastnostech nově objeveného baryonu toho mnoho nevíme. Vznikl v urychlovači jen na krátkou dobu během srážek jiných částic s vysokými energiemi, a téměř okamžitě (alespoň z našeho hlediska) se rozpadl. To se stalo zcela charakteristickým způsobem, z pozůstatků srážky tedy podařilo složit podobu původní částice - a tím nepřímo, ovšem přesvědčivě, doložit její existenci.

Baryony nejsou vzácné, známe je poměrně dobře, a samotný objev nové částice z této rodiny tedy není žádnou fyzikální revolucí. Zajímavý je ovšem v několika dalších ohledech. Za prvé proto, že objev každého nového baryonu by mohl pomoci vylepšit a upřesnit teorii, která je popisuje (tzv. kvantová chromodynamika, či anglickou zkratkou QCD).

Baryonům totiž vládne tzv. silná interakce, jedna ze základních fyzikálních sil, která se ovšem projevuje jen na extrémně malé vzdálenosti právě třeba mezi kvarky v jádru takových částic. Je to tedy doslova životně důležitá fyzikální síla, kterou ale jinak a jinde můžeme pozorovat jen těžko - každé pozorování je tedy pochopitelně dobré. Samozřejmě je těžko říci, zda to někdy bude k něčemu praktickému, ale to u základního fyzikálního výzkumu nikdy nedá odhadnout. V minulosti se ovšem celá řada nečekaných aplikací našla; řadu příkladů byste nalezli v nitru stroje, na kterém si tento text čtete.

Vážený MeV

Jak jste si asi uvědomili při čtení textu, elektronvolt (eV) a od něj odvozený megaelektronvolt (MeV) nejsou jednotkou hmotnosti, ale energie. eV je roven energii, kterou získá elektron urychlený ve vakuu napětím jednoho voltu. A protože mezi energií a hmotností existuje pevný vztah (slavné E=mc2), lze jednotku energie použít i k vyjádření hmotnosti. Správně by se mělo v takovém případě psát eV/c² (tedy lomeno druhou mocninou rychlosti světla), podle nepsané fyzikální konvence se ovšem tato část vynechává.

Jednotka se používá pro vyjádření hmotnosti jednotlivých částic i proto, že výsledná čísla jsou mnohem lidštější, než kdyby se pracovalo se zlomky kilogramu. Porovnejme si to na příkladu elektronu: ten má hmotnost buď 511 kiloelektronvoltů nebo 9,11x10-31 kilogramu. A jeden proton váží příjemných 0,931 gigaelektronvoltu (při rychlém počítání z hlavy to jde zaokrouhlit na jedna).

Zajímavé také je, že částice byla předpovězena dopředu přibližně právě v takové podobě - tedy s takovou hmotností - v jaké byla pozorována (pro zajímavost to byla hmotnost 3261 MeV, což je zhruba čtyřnásobek hmotnosti protonu. O těch zvláštních jednotkách si přečtete více v boxíku vlevo). Počítání hmotností baryonů bez jejich praktického pozorování není jednoduché. Bohužel totiž neplatí, že jejich hmotnost získáte jednoduchým součtem tří základních částic, tedy kvarků, ze kterých jsou složené dohromady. Více ji ovlivňuje celková energie vazby mezi třemi kvarky, které daný baryon tvoří. (Energie a hmotnost nejsou nezávislé, vzpomeňte si na slavný vzoreček E=mc².)

To tedy znamená, že k určení hmotnosti baryonu je zapotřebí spočítat, jak se tři dané kvarky v něm poskládají (zjednodušeně řečeno třeba, jak daleko od sebe budou), protože to ovlivňuje energii jejich vazby a tím i celkovou hmotnost částice. Časem vzniklo několik pokusů o vytvoření postupů, které by to dokázaly, postupně se používané modely vytříbily natolik, že umí poměrně dobře předpovědět i hmotnost takových za běžných podmínek nepozorovatelných částic, jako je právě ksí (v jeho případě mají předpověď na svědomí Marek Karliner a Jonathan Rosner v této práci).

Byť se tedy o baryonech a fyzikálních silách, díky kterým existují, tedy výše zmíněné silné interakci, neví rozhodně vše, fyzikové evidentně už vědí dost na to, abychom mohli dělat poměrně fundované předpovědi o tom, co nikdy neviděli.



Nejčtenější

Nelíbí se mi, kam se internet vydal, říká vynálezce WWW. Chce to změnit

Tim Berners-Lee představuje vizi nového, decentralizovaného internetu...

V roce 1990 spustil první webový server a odstartoval tak revoluci. Díky němu se internet rozšířil do celého světa, do...

Ve věku 65 let zemřel na rakovinu Paul Allen, s Gatesem založil Microsoft

Paul Allen na snímku z prosince 2017.

Ve věku 65 letech zemřel v pondělí spoluzakladatel firmy Microsoft Paul Allen. Miliardář, filantrop a hledač lodních...



Grafika snů: podrobné srovnání RTX 2080 s GTX 1080Ti

Porovnání grafických karet s čipem Nvidia GeForce RTX 2080 a GTX 1080Ti (vpravo)

Porovnali jsme novou grafickou kartu RTX 2080 s předchozí špičkou GTX 1080Ti. Výsledky jsou zajímavé a ačkoli v mnoha...

KVÍZ: Kdy se u nás přestalo jezdit na páru nebo začalo svítit elektřinou

Parní lokomotiva 475.1 Šlechtična

Kolik bylo vysokoškoláků před sto lety a kolik lidí tehdy mělo doma elektřinu? Vyzkoušejte si kvíz, který je součástí...

Legendární hudební přehrávač Winamp se vrací. Bude prý umět všechno

Logo přehrávače WinAmp

Softwarový přehrávač MP3 od společnosti Nullsoft měl na počítači počátkem století nainstalovaný každý. A kdo ne, ten...

Další z rubriky

Co na změně času vadí vědcům. V Rozstřelu bude bioložka Helena Illnerová

Fyzioložka a biochemička Helena Illnerová v diskusním pořadu iDNES.cz Rozstřel

Je střídání času podle vědy škodlivé a případně pro koho? Dozvíte se to v Rozstřelu od bioložky Helen Illnerové....

Afrika do Evropy narazí, shodují se vědci. Budoucnost však zůstává záhadou

Předpověď budoucího pohybu kontinentů Christophera Scoteseho.

Zatímco rekonstrukce minulosti pohybu kontinentů je skutečná věda, jejich predikce je spíše koníček či spekulace....

Mnichov s odstupem 80 let: kdo o co usiloval, kdo co získal, kdo tratil

Uspokojení diktátorů nad mapou Československa s odtrženým územím.

Jaká byla pozice Československa před mnichovskou dohodou a co si od ní slibovali hlavní aktéři? To a ještě více se...



Najdete na iDNES.cz