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

Sexuálně nejvýkonnější vyzvědače přebrali československé rozvědce Sověti

Býval agent československé rozvědky v USA Karel Köcher

Československým komunistickým rozvědčíkům se ve špionáži proti Spojeným státům dlouho nedařilo. Nakonec ale zaznamenali...

Našel na půdě 35 let starý Apple II, zapnul ho a dohrál uloženou hru

Spoustu let ležel na půdě, po zapnutí funguje „jako zamlada“.

Newyorský učitel našel u rodičů na půdě starý počítač Apple II. Zkusil ho zapnout a překvapivě mohl pokračovat ve hře,...

Lokální předpověď počasí se razantně zpřesní, možná pomáhá i váš telefon

GRAF

Nejpřesnější lokální předpovědi počasí dnes nabízejí aplikace v našich telefonech - i proto, že s nimi samy pomáhají....

V Perském zálivu spustili největší baterii světa. Virtuální a bez lithia

Sodíko-sírové bateriové systémy japonské firmy NGK. Systém, který se vejde do...

Ve Spojených arabských emirátech byla připojena do sítě největší „virtuální“ baterie světa s obřím výkonem a úctyhodnou...

Tančík pro vnuka poručíka Grubera. Němci ho nasadili i proti Tálibánu

Lehké obrněné vozidlo Wiesel s 20mm kanonem

V množině bojových vozidel Bundeswehru nalezneme s trochou štěstí i malé, ale o to více zajímavé tančíky Wiesel. Do...

Další z rubriky

Severní magnetický pól se vydal na cesty. Co když doputuje až na jih?

Posun severního magnetického pólu

Naši planetu čeká přehození magnetických pólů. Nebude to zřejmě brzy, proč k tomu ovšem vůbec dojde a co může změna...

Vědci chtějí ověřovat Trumpovy lži „chytrým“ automatem. Komu to pomůže?

Vědci vyvíjí nástroj, který bude v reálném čase kontrolovat pravdivost výroků...

Politici rádi mluví, ale jsou často na štíru s fakty. Americká média mají žně například při ověřování výroků prezidenta...

Gigantický ještěr se žraločími zuby mohl žít a lovit ve smečkách

Rekonstruované kostry tří jedinců druhu Mapusaurus roseae v různých věkových...

Souboj titánů, tak mohlo vypadat zápolení smečky obřích teropodů druhu Mapusaurus roseae s kolosy jménem ...

Najdete na iDNES.cz