Možná jsme konečně objevili exotické částice gluebally  
Podle nových výpočtů by mezonový stav f0(1710), který bývá k vidění v různých experimentech na urychlovačích, měl být tolik očekávaným glueballem.

 

Vlevo nukleony, vpravo přízračný glueball. Kredit: TU Wien.
Vlevo nukleony, vpravo přízračný glueball. Kredit: TU Wien.

Ani ne před rokem jsme na OSLU předpovídali, že by částicoví fyzici mohli konečně objevit toužebně očekávané gluebally. Jsou to velmi exotické potvůrky z částicové ZOO, které by se měly skládat ze dvou a více gluonů, elementárních částic, které zprostředkovávají silnou interakci mezi kvarky. A už je to možná tady, i když ještě budeme muset čekat na další výsledky.

Anton Rebhan. Kredit: Wikimedia Commons.
Anton Rebhan. Kredit: Wikimedia Commons.


Gluony nemají hmotnost, ale fungují jako lepidlo, které drží pohromadě atomová jádra. Vědci už dlouho předpokládají, že by se gluony mohly slepovat dohromady a tím vytvářet částice, tedy gluebally. Zatím ale nikdo takové částice nenašel, je totiž výjimečně obtížné je rozeznat od běžných částic, kterých vznikají v urychlovačích spousty. Gluebally jsou navíc nestabilní a lze je vystopovat jedině nepřímo, z jejich rozpadů. Potíž je v tom, že tyhle rozpady doposud nebyly pořádně teoreticky zvládnuté.

Anton Rebhan a Frederic Brünner z Vídeňské technické univerzity vyvinuli nový postup, jak počítat rozpad glueballů. Jejich výsledky jsou podle všeho ve velmi pěkném souladu s daty experimentů na urychlovačích částic.

Potvrdí gluebally v experimentu TOTEM? Kredit: CERN.
Potvrdí gluebally v experimentu TOTEM? Kredit: CERN.

Podle jejich nových výpočtů je mezonový stav označovaný jako f0(1710), který se objevuje v různých experimentech na urychlovačích, ve skutečnosti právě tolik hledaným glueballem.

BESIII. Drift Chamber. Kredit: CERN, BESIII.
BESIII. Drift Chamber. Kredit: CERN, BESIII.

Gluony jsou vlastně taková poněkud komplikovanější verze fotonů. Nehmotné fotony zodpovídají za elektromagnetickou sílu, kdežto celkem osm různých gluonů zprostředkovává silnou jadernou sílu. Podstatný rozdíl mezi nimi ale spočívá v v tom, že gluony lepí i samy sebe a fotony ne. Proto je přinejmenším teoreticky možné, že gluebally opravdu existují.

Částicoví fyzici už dříve vytipovali dva nejlepší kandidáty na gluebally, mezony označované f0(1500) a f0(1710). Shodou okolností za nejnadějnějšího kandidáta považovali mezon f0(1500). Mezon f0(1710) je sice o něco hmotnější, což by hrálo v jeho prospěch, na urychlovačích ale při jeho rozpadu vzniká hodně podivných kvarků, což tento mezon v očích mnoha částicových fyziků diskvalifikovalo. Výpočty Rebhana a Brünnera teď ale přesvědčivě ukazují, že rozpad mezonu f0(1710) je naopak perfektně v souladu s tím, že by to mohl být glueball.

Ještě to není úplně stoprocentní, ale během pár měsíců by mohly být k dispozici další výsledky, které by to potvrdily. Vědci takové výsledky očekávají na Velkém hadronovém srážeči LHC, od jeho experimentů TOTEM a LHCb, a pak také na čínském srážeči BESIII v Pekingu. Rebhan s Brünnerem se na ně pochopitelně velice těší. Když budou sedět na jejich glueballové výpočty, tak už pomalu můžeme slavit objev glueballu a potvrzení dalšího kousku skládačky Standardního modelu částicové fyziky.

Literatura
TU Wien 12. 10- 2015, Wikipedia (Glueball).

Datum: 15.10.2015
Tisk článku

Babičko, vyprávěj - Kniha pro uchování vzpomínek - Kopřivová Monika
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 490 Kč
cena: 392 Kč
Babičko, vyprávěj - Kniha pro uchování vzpomínek
Kopřivová Monika
Související články:

Objevíme celou novou rodinu tetrakvarků?     Autor: Stanislav Mihulka (11.11.2013)
Najdeme brzy gluebally?     Autor: Stanislav Mihulka (09.12.2014)



Diskuze:

"Podle jejich nových výpočtů"

Milan K,2015-10-16 20:19:42

To znamená konkrétně co?
Děkuji za objasnění.

Odpovědět


Re: "Podle jejich nových výpočtů"

Milan K,2015-10-21 06:24:44

Rozvedeno níže ...

Odpovědět

Radka Sladká,2015-10-16 13:42:57

Já tedy nechápu, jak něco, co neobsahuje kvarky, ale je složeno jen z gluonů, může po sobě při rozpadu zanechávat řadu podivných kvarků :-)

Odpovědět


Re:

Xavier Vomáčka,2015-10-16 14:30:51

Stejně jako např. přeměna fotonů na částice s nenulovou klidovou hmotností. Zde:

http://www.osel.cz/7609-jak-predelat-zareni-na-hmotu.html

http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/foton.html

Prostě je to "jiná" než klasická fyzika, těžko hledat přirovnání v klasickém světě.

Odpovědět


Re:

Milan K,2015-10-16 22:21:48

tak: matematicky :-)

Odpovědět


ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Pavel Brož,2015-10-17 14:46:17

Ono to slovo rozpad evokuje představu, že se něco složeného z částí prostě rozloží na své konstituenty, jenže ono je tomu u elementárních částic jinak. Správnější by bylo používat slovo přeměna, nicméně slovo rozpad zjednodušuje komunikaci v tom, že označuje přeměny, kde na začátku byla jedna částice (ať už elementární či neelementární). Ve fyzice elementárních částic se může přeměnit cokoliv na cokoliv, pokud jsou přitom splněny všechny následující zákony:

- zákon zachování energie, hybnosti a momentu hybnosti (poslední např. omezuje celkový spin soustavy vzniklé při přeměně)
- zákon zachování elektrického náboje
- zákona zachování určitých čísel charakteristických pro tu kterou teorii – tak např. v rámci Standardního modelu se musí separátně zachovávat tzv. baryonové číslo a tzv. leptonové číslo, kdy první je rovno rozdílu celkového počtu baryonů a antibaryonů, druhé analogicky rozdílu leptonů a antileptonů. V některých rozšířeních Standardního modelu, např. v tzv. SU(5) modelu, se nezachovávají baryonové a leptonové číslo odděleně, ale pouze jejich rozdíl (proto je v těchto teoriích povolen např. rozpad protonu na pozitron, neutrino a antineutrino, tj. z počátečního stavu s jednotkovým baryonovým číslem a nulovým leptonovým číslem, do konečného stavu s nulovým baryonovým číslem a minus jednotkovým leptonovým číslem).

Pokud jsou všechny tyto zákony zachování splněny, pak opravdu může proběhnout přeměna jakéhokoliv výchozího stavu na jakýkoliv koncový, dokonce navíc podle teorie je pravděpodobnost té přeměny identická v obou směrech. Tak např. se elementární částice mion může přeměnit (či v běžné terminologii rozpadnout) na elektron, elektronové antineutrino a mionové neutrino. Úplně stejně dobře ale dojde k přeměně obrácené, tj. elektronu, elektronového antineutrina a mionového neutrina na mion, pokud mají dostatečnou energii, aby byl splněn zákon zachování energie. Prakticky to ovšem provedete stěží, protože by bylo potřeba, aby se tyto tři částice dostaly ve stejný čas na stejné místo, což dnes zařídit neumíme, nicméně v reakcích, kde to zařídit umíme, se denně přesvědčujeme o platnosti této mikroreverzibility přeměn.

Kromě elementárních částic máme i částice tzv. složené, fyzikálně přesněji řečeno - vázané stavy. Např. atom vodíku je vázaným stavem protonu a elektronu (navíc proton sám je vázaným stavem tří kvarků). Opět ale neplatí běžná představa, že vázaný stav je pouze jakýmsi uskupením svých konstituentů, ono totiž ty konstituenty musí nějak držet pohromadě, abychom se vůbec o vázaném stavu mohli bavit. To, co je drží pohromadě, jsou virtuální částice výměnných sil. Tak např. elektron je držen k protonu elektromagnetickou silou, příslušným „lepidlem“ jsou tedy virtuální fotony, proto tedy můžeme říct, že atom vodíku je tvořen elektronem, protonem a malou příměsí virtuálních fotonů. Kromě toho ale v atomu vodíku také vznikají a zanikají virtuální páry elektronů a pozitronů (a dokonce navíc, byť kvůli větší klidové hmotnosti v mnohem menší míře, také virtuální páry protonů a antiprotonů). Všechny tyto virtuální příměsi přispívají k celkové energii atomu vodíku malou negativní energií (to mohou, protože virtuální částice ignorují zákon zachování energie, který musí platit pouze makroskopicky), a tato malá negativní energie je ve shodě se vztahem E=mc^2 zodpovědná za hmotnostní deficit, kdy atom vodíku je o řádově stomilióntinu lehčí než součet hmotností elektronu a protonu.

Takže můžeme říct, že atom vodíku je vlastně „složen“ z elektronu, protonu, virtuálních fotonů a virtuálních párů elektron-pozitron a proton-antiproton. V případě atomu vodíku je situace ještě relativně snadná díky tomu, že příměs oněch virtuálních konstituentů je zde zanedbatelná (tvoří řádově pouze stomilióntinu hmotnosti celku), a proto je lze v mnoha procesech, např. při výpočtech spekter či v chemických reakcích, naprosto v klidu ignorovat. Výrazně odlišná situace panuje v baryonech, jako jsou např. protony a neutrony. Baryony jsou také vázanými stavy, tentokráte třech kvarků, které drží pohromadě silná interakce, která je zprostředkovaná výměnou virtuálních gluonů. Takže analogicky, jako u atomu vodíku, tak zde můžeme zase říct, že baryon je tvořen třemi kvarky a navíc právě těmi virtuálními gluony. V atomu vodíku ale také existovaly virtuální páry základních konstituentů, tj. páry elektron pozitron (a v extrémně slabé míře proton-antiproton). V baryonech podobně kromě základních tří kvarků (zvaných také valenční kvarky) a virtuálních gluonů existují také virtuální páry kvark-antikvark. Proto můžeme říct, že každý baryon je „složen“ ze tří valenčních kvarků, z virtuálních gluonů a z virtuálních párů kvark-antikvark.

Zásadním rozdílem mezi atomem vodíku a baryonem je v tom, jak velké energie tyto tři kategorie, tj. základní konstituenty, virtuální výměnné částice a virtuální páry základních částic, nesou. Zatímco v atomu vodíku připadala z celkové energie (a tím pádem i hmotnosti) na celou tu virtuální sebranku řádově pouhá stomilióntina, tak v baryonu jsou virtuální částice mnohem emancipovanější – zde velice zhruba připadá na valenční kvarky jedna třetina celkové energie, další třetina na virtuální gluony, a zbývající třetina na virtuální páry kvark-antikvark.

Tento výrazný kvantitativní rozdíl v podílu virtuálních částic v atomu vodíku je dán především silou interakce, a tím i velikostí oněch vázaných stavů. Elektromagnetická interakce je výrazně slabší než interakce silná, což vede k tomu, že atom vodíku je zhruba stotisíckrát větší, než je „rozměr“ baryonu. Jak bylo výše zmíněno, virtuální částice mohou ignorovat zákon zachování energie, jenže na druhou stranu tak mohou činit pouze pro velice malé časy a velice malé vzdálenosti, ve srovnání s kterými je atom obrovitánský. V důsledku toho je virtuální složka v atomu vodíku zastoupena velice zanedbatelně. Oproti tomu rozměr baryonu je srovnatelný s typickou vzdáleností, na kterou si virtuální částice můžou energii potřebnou na svůj vznik „půjčovat na dluh“, což vede k tomu, že vnitřek baryonu je kypící polévkou, ve které jsou podstatnou měrou zahrnuty kromě valenčních kvarků i virtuální gluony a virtuální páry kvark-antikvark.

Výše uvedenému vysvětlení ve skutečnosti schází některé dost podstatné detaily, jako je např. tzv. narušení chirální symetrie v baryonech, kterýžto proces má na svědomí, že baryony jsou ve výsledku zhruba stokrát těžší, než je součet klidových hmotností valenčních kvarků (klidové hmotnosti valenčních kvarků jsou jen několikanásobkem hmotnosti elektronu). Valenční kvarky se v baryonu pohybují relativistickými rychlostmi, což právě vede k jejich výrazně větší hmotnosti, než je jejich hmotnost klidová, nicméně mechanismus, proč je něco takového možné, aniž by se baryon rozpadl, souvisí s tzv. uvězněním kvarků a to zase s narušením chirální symetrie. Plus navíc to vede k tomu, že zatímco je celková energie, a tím i hmotnost, u virtuálních složek v atomu vodíku záporná (tj. vzniká zde maličký hmotnostní deficit), tak v případě baryonu je kladná (celková energie virtuálních gluonů plus virtuálních kvarků tvoří zhruba dvě třetiny klidové energie baryonu). Bez ohledu na to ale zůstává v platnosti výše zmíněné „rozdělení důležitosti“ v baryonech, kdy na valenční kvarky, virtuální gluony a virtuální páry kvark-antikvark připadá zhruba po jedné třetině celkové energie, a tedy „virtuální část“ baryonu je podstatná.

Hypotéza o možné existenci glueballů vznikla z jednoduché úvahy, co by se stalo, kdyby se z tohoto konglomerátu podařilo vyšoupnout valenční kvarky, tzn. že by vznikl hypotetický objekt složený pouze z virtuálních gluonů a virtuálních párů kvark-antikvark. Zákonitosti kvantového světa přitom říkají, že pokud by takový vázaný stav tvořený pouze gluony a virtuálními kvarky existoval, tak by nemohl mít libovolnou energii, ale pouze energii o daných povolených úrovních, podobně jako stacionární stavy atomu mohou existovat pouze v diskrétních energiích, které tvoří jakýsi charakteristický otisk prstu, dle kterého můžeme tyto atomy rozpoznat ve světelných spektrech z hvězd. Výpočet energií (a tím pádem i hmotností) těchto stacionárních stavů je ale v případě silné interakce na hranici možností i těch nejsilnějších současných počítačů – ne že by to nešlo vůbec, ale je nutné velice složitého fitování těch numerických modelů pomocí naměřených hodnot z některých takových stavů (tj. s pomocí naměřených hmotností některých baryonů a mezonů), a teprve pak je možné spočítat teoretické hmotnosti pro zbylé baryony a mezony. Přes všechny úspěchy ovšem dosažené přesnosti nejsou nijak excelentní, pro některé baryony a mezony sice dosahují přesnosti řádově jednoho procenta, u jiných ale výrazně horší. Výsledky týkající se předpovězených hmotností glueballů pak byly dosti spekulativní.

V těchto výpočtech hrají velkou roli fenomenologické teorie, které umožňují díky lépe či hůře teoreticky odůvodněným předpokladům zanedbat některé dílčí procesy, které sice pouze málo ovlivní výsledek, ale zato umí spolykat spoustu procesorového času. Vhodným zjednodušením výpočetního modelu jeho okleštěním o tyto nepodstatné procesy je pak kolikrát nově možné spočíst to, co se dříve spočíst nedalo, což je věc samozřejmá asi pro všechny inženýry. Jindy se zase objeví nějaké nové výpočetní triky, jako např. svého času Feynmanova diagramová technika, která umožní v daném přiblížení získat teoretické výsledky pro dříve výpočetně nedobytnou oblast. A samozřejmě se teprve následně musí prokázat na případné shodě či neshodě s dalšími experimentálními daty, nakolik je taková nová fenomenologická teorie či výpočetní metoda reálně použitelná, zejména zda dává uspokojivé výsledky nejen pro daný vybraný případ, pro který byla vytvořena a nafitována, ale i pro případy ostatní. V ideálním případě si nová metoda získává pozitivní body, pokud se jí např. podaří předpovědět existenci nějakého stavu, který je až poté experimentálně objeven, např. v podobě nějakého excitovaného stavu mezonu či baryonu či glueballu majícímu předpovězenou hmotnost a příp. další vlastnosti, jako jsou třeba nejčastější typy rozpadů apod..

Každopádně z podstaty toho vázaného stavu vyplývá, že není problém, aby se např. glueball rozpadl mj. i na podivné kvarky. Musí mít pouze dostatečnou energii, a musí být splněny i zákon zachování elektrického náboje a také zákon zachování baryonového i leptonového čísla, což znamená, že ve výsledném stavu musí být stejný počet kvarků a antikvarků a stejný počet leptonů a antileptonů (protože glueball má nulové baryonové i leptonové číslo). Kvarky vzešlé z rozpadu se sdruží ve dvojicích kvark-antikvark do mezonů, v trojicích kvarků do baryonů a v trojicích antikvarků do antibaryonů, přičemž některé z dílčích kvarků či antikvarků mohou být podivným kvarkem či antikvarkem (podivný kvark označujeme písmenem s, existuje dalších pět druhů kvarků: u, d, c, b a t). Typ kvarku (tzv. vůně), tedy to, zda jde o kvark u, d, s, c, b nebo t, není v rámci Standardního modelu zachovávající se veličinou, může být přeměněn slabou interakcí (tak např. podivný kvark s se může přeměnit – běžnou terminologií rozpadnout – na kvark u plus elektron plus elektronové antineutrino, všimněte si, že se přitom zachová baryonové i leptonové číslo). Proto může díky těmto přeměnám vůní vzniknout ve výsledku i stav s nenulovou podivností, kdy počet vzniklých podivných kvarků je různý od počtu vzniklých podivných antikvarků – to, co musí být pouze splněno, je aby celkový počet vzniklých kvarků byl roven celkovému počtu vzniklých antikvarků, tedy aby baryonové číslo zůstalo během procesu rozpadu glueballu nulové.

Odpovědět


Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Milan K,2015-10-18 11:20:58

Děkuji za informačně plný příspěvek.
Dokázal byste mi vysvětlit, jakým způsobem detekujeme právě jeden baryon (ad 1)? A jaký způsobem detekujeme jeho přeměnu na právě tři kvarky (ad 2) a virtuální gluony (ad 3), potažmo tedy jak detekujeme přímo ty tři kvarky (ad 4) a virtuální gluony (ad 5)?
Chápu, že je celá problematika velice složitá, ale to neustálé zjednodušování ve stylu "detekovali jsme", občas "nově jsme vypočítali", nic neříká.

Odpovědět


Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Vladimír Wagner,2015-10-18 13:22:49

To co můžeme pozorovat (detekovat) jsou hadrony, leptony (elektron, mion, tauon a případně i neutrina) a fotony. Případně zprostředkovaně přes produkty rozpadu i částice zprostředkující slabou interakci (Z0 a W+ i W-). Volné kvarky pozorovat nemůžeme. Takže v daném případě pozorujeme nějakou silně interagující částici (baryon, mezon nebo popisovaný glueball) pomocí detekce částic, na které se rozpadá. Pokud totiž změříme energie a hybnosti všech částic, které jejím rozpadem vznikly, můžeme pomocí vztahů speciální teorie relativity spočítat její hmotnost. Takže, pokud vybereme kombinaci detekovaných sekundárních částic a spočteme pomocí jejich hybností a energií tzv. invariantní hmotnost, tak uvidíme píky v místech, které jsou dány hmotnostmi částic, které se rozpadají takovou kombinací částic. Kromě těchto píků je vidět náhodné pozadí, protože dané detekované částice mohou vznikat i v jiných procesech. Takže pomocí sekundárních detekovaných částic zjistíme hmotnost nově objevené částice, ze součtu jejích nábojů pak její náboj. Orientace výletu jednotlivých částic vůči sobě pak informuje o spinu a některých dalších jejích vlastnostech. Spolu s tím na kolik a jakých kombinací částic se daná částice rozpadá, nám tyto určené vlastnosti pomáhají identifikovat danou částici. Problém je, že současné výpočty pomocí Standardního modelu mají omezenou přesnost a identifikace je často rozporuplná a nejistá. To je i v tomto případě částice, která by mohla být gluoballem.

Odpovědět


Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Milan K,2015-10-18 16:23:53

Děkuji za odpověď.
To chápu. Je to logické.
Ovšem pokud tedy neumíme detekovat baryon (dle wiki je to hadron, tak je mi divné, že ho nedekekujeme), jak jej odvodíme z částic, na které se "rozpadl", když těmito částicemi jsou (zdroj: Pavel) právě tři kvarky a virtuální gluony, které také detekovat neumíme?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Vladimír Wagner,2015-10-18 22:36:56

Hadrony jsou baryony a mezony. Baryony jsou dlouhožijící (třeba proton a neutron), které lehce detekujeme. Ale je daleko více baryonů, které mají dobu života velice krátkou v řádu 10^-22 s. Ty můžeme pozorovat jen pomocí detekce produktu jejich rozpadů (těmi mohou být právě i dlouhožijící baryony jako třeba proton či neutron nebo jiné stabilnější částice). Můžeme detekovat jen celý baryon (čili všechny tři kvarky i s polem virtuálních částic dohromady) ne kvarky samostatně. A i při rozpadu baryonu či glueballu vznikají pouze baryony, mezony, fotony a leptony. Ne volné kvarky či gluony. Jinak o systematice částic je podrobně zde: http://www.osel.cz/7744-jak-se-vyznat-v-prehrsli-ruznych-castic.html

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Vladimír Wagner,2015-10-18 22:57:20

Možná že je třeba ještě dodat, že uvnitř baryonu se mohou přeměňovat jedny kvarky na jiné, či vznikat nové kvarky, al kvarky vždy musí být vázané do hadronů (mezonů a baryonů). Takže Pavel Brož popisoval přeměny (rozpady) na úrovni kvarků, ale ty se nemohou vyskytovat volné, ale vždy musí být v hadronech. Ale přeměna kvarku, či vznik nových vždy vede k přeměně hadronu nebo ke vzniku nových. Hadron se přemění na jiný nebo se přemění za vzniku několika nových, případně i leptonů či fotonů.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Pavel Brož,2015-10-18 23:38:20

Takhle, on už částečně odpověděl Vladimír, nicméně na rovinu je nutné říct, že na jednoduché otázky nebývají kolikrát odpovědi také tak jednoduché, a jelikož není v rámci komentáře odříkat celou historii kvantové chromodynamiky a nevynechat přitom ani jednu podstatnou informaci, tak je nutné vybrat pouze ta fakta, o kterých si dotazovaný myslí, že dost možná nejlépe uspokojí dotazujícího se :-)

Vaši otázku chápu jako pozastavení se nad tím, nakolik jsou či nejsou dobře podepřené teorie pracující s entitami, které nejsou přímo detekovatelné, jako jsou např. kvarky (které nemůžeme izolovat, jelikož jsou uvězněny v hadronech, tedy v baryonech nebo mezonech) anebo virtuální částice (ať už jsou jimi virtuální gluony, virtuální kvarky, virtuální elektrony, virtuální pozitrony či virtuální fotony). Vlastně čistě pro potřeby této otázky je možno dát do jednoho pytle jak ty kvarky, tak ty virtuální částice, protože jak jedny, tak druhé nelze přímo pozorovat.

To, že ale něco nelze přímo pozorovat, ještě neznamená, že to nelze pozorovat vůbec, ani to neznamená, že se nedá nasbírat obrovská hromada dat svědčící ve prospěch, či naopak v neprospěch, dané teorie. Ukázkovým příkladem je hypotéza, že hmota je tvořena atomy. Tato hypotéza neuměla po strašně dlouho dobu podat přímé pozorování atomu, přitom ale po dlouhá desetiletí sbírala hromadu nepřímých dat, počínaje poměry slučování látek, velikostí fluktuací termodynamických veličin, krystalografickými daty, van der Waalsovou korekcí stavové rovnice plynu, povrchovým napětím kapalin, konečnou tloušťkou pěnových blán a olejových skvrn, atd. atd.. Žádný z těchto fyzikálních dějů neuměl přímo zobrazit ani detekovat právě jeden atom, přesto ale na začátku dvacátého století už přinejmenším většina fyziků nepochybovala o jeho existenci. Přesto ale přímé zobrazení atomu bylo provedeno relativně nedávno díky rozvoji pokročilých zobrazovacích technik, jako je např. řádkovací tunelovací mikroskop nebo mikroskopie atomárních sil. A to navíc lze stále polemizovat nad tím, nakolik se jedná o „přímé“ zobrazení atomu a nakolik jen o vizualizaci nepřímých měřených veličin, jako jsou velikosti proudů či signály z fotodiod měřící ohnutí nosníku skenovacího hrotu pomocí pomocného laserového paprsku. Jinými slovy, pokud by se požadavek „přímosti“ pozorování dohnal ad absurdum, museli bychom za pozorovatelné veličiny považovat pouze ty, které přímo detekujeme lidskými smysly, tím pádem drtivá většina fyziky by pro nás představovala cosi spekulativního, jelikož pouze nepřímo pozorovatelného.

Nicméně zpět k baryonům, kvarkům a virtuálním částicím. Nabité baryony lze detekovat analogicky jako elektrony či pozitrony či obecně jakékoliv nabité částice, tedy po jejich průchodu např. mlžnou komorou či speciální fotoemulzí v magnetickém poli, při kterém se vytvoří zakřivená stopa té částice. Z energie částic a zakřivení dráhy je možno vypočíst poměr náboje a hmotnosti částice, energie i náboj se dají naměřit nezávisle v jiných měřeních, tím pádem jde vypočíst hmotnost, která v největším počtu případů identifikuje, o jakou částici se jedná. Ta úloha se dá samozřejmě i obrátit, ze známého typu částic (tedy i ze známého náboje a hmotnosti) lze ze zakřivení drah vypočíst energie těch částic. Neutrální částice se takto detekovat nedají, jsou ale detekovány nepřímo pomocí detekce nabitých částic, jejichž srážkou buď vzniknou anebo na něž se rozpadnou. Striktně vzato, tato detekce ať už nabitých či nenabitých částic může být považována za spíše nepřímé než přímé pozorování, protože to, co se reálně pozoruje, je jen makroskopická stopa těch částic, nikoliv částice samotné. Tloušťka té makroskopické stopy je o nejméně deset řádů větší, než je rozměr částic, které tu stopu způsobily – částice samotná totiž svým průchodem pouze ionizuje atomy, které jí stojí v cestě, a vhodně nastavenou řetězovou reakcí potom dojde lavinovitému nárůstu vzniklých nehomogenit až do makroskopicky pozorovatelných velikostí (je to opravdu tak, vzniklé stopy jsou viditelné lidským okem). Takže svým způsobem lze říct, že prokazatelnost existence částic lze tak trochu přirovnat k atomové hypotéze na začátku dvacátého století – existují tuny experimentálních průkazů jejich existence, nicméně pedantista by mohl vždycky říct, že se vlastně stále jedná o pozorování nepřímé, že nikdo nikdy žádnou částici přímo nepozoroval.

Existují mnohé jiné způsoby detekce částic než výše popsaná, nicméně všechny mají stejnou vlastnost, a to že částice jsou v nich pozorovány vždycky jen nepřímo. To ale neznamená, že by fyzici pochybovali o jejich existenci, protože těch byť nepřímých dat je opravdu neuvěřitelně hodně, a hlavně, nikdo nezná žádné jiné vysvětlení těchto dat, než že jde o detekci částic.

Kvarky i virtuální částice pouze posouvají tu hranici přímé detekovatelnosti o krůček dál. Nepozorujeme kvarky ani virtuální částice způsobem, jakým pozorujeme obyčejné částice, ale pozorujeme efekty působené kvarky i virtuálními částicemi, a tyto efekty pozorujeme např. i pomocí běžných částic, nejčastěji pozorováním jejich rozptylů ve srážkách. Např. ale efekty působené virtuálními částicemi můžeme pozorovat i v nesrážkových experimentech, jedná se třeba o Casimirův efekt, o efekty působené polarizací vakua, o Lambův posun, o tzv. radiační korekce vedoucí mj. k modifikacím silového působení či ve změnách magnetického momentu nabitých částic, a mnohé další. A opět i zde lze vidět analogii s atomovou hypotézou na začátku dvacátého století, kdy ačkoliv přímá detekce není známa, tak křížové výsledky nepřímých pozorování dávají velice silnou podporu příslušné teorii.

Takže suma sumárum, detekovat baryony umíme. Zda přímo či nepřímo, to je věcí názoru, nicméně o jejich existenci není pochyb. Kvarky detekovat taky umíme – tady už zřejmě více fyziků bude zastávat názor, že pouze nepřímo, ve skutečnosti ale je jejich detekce jen o málo vzdálenější našemu smyslovému vnímání, než detekce oněch baryonů. A virtuální částice detekovat umíme také, i když zde bude asi bezesporu absolutní shoda v tom, že jde o detekci nepřímou. A proto mi v té Vaší otázce schází ta premisa, na které bychom se shodli – Vy se ptáte, jak odvodíme baryon z částic, které detekovat neumíme. Já tvrdím, že je detekovat umíme.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Milan K,2015-10-19 09:37:53

Oběma Vám děkuji za odpovědi.
Zkusím to jednoduše, "pro blbé". Pozorujeme efekty vznikající ve zkoumaném prostředí, které jsme např. zapříčinili srážkou určitých částic v urychlovači. Tyto efekty pak vysvětlujeme určitými jinými typy nepozorovatelných částic s určitými vlastnostmi.
Pokud pak tyto teoretické částice složíme v obecném fyzikálním modelu, schází nám tam určité jiné částice, aby byl systém stabilní. A ty se snažíme nalézt.
Je to tak?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Pavel Brož,2015-10-19 12:22:49

Je to v podstatě jak píšete. Jedná se vlastně o nekonečný iterační cyklus mezi teorií a experimentem. Někdy ty nové částice předpovídá teorie, jako to byly zrovna ty kvarky, gluony, intermediální výměnné bozony, Higgsův bozon, top kvark, ale třeba i piony, a trvá o celá desetiletí, než jsou následně prokázány nezávislým experimentálním měřením. A měkdy to je přesně naopak, teorie zrovna vypadá celkem kompletní, když do toho přijde objev částic, které do ní vůbec nezapadají (objev mionu, tauonu, neutrin, či hadronů obsahujících kvarky c nebo b), a kvůli kterým se musí v lepším případě jen rozšířit, v horším kompletně překopat. V obou případech je snahou dosáhnout stavu, kdy teorie uspokojivě vysvětluje všechna experimentální data (a těch není málo, jedná se o petabajty dat získávaných každý rok jenom ze samotných urychlovačů). Už zhruba čtyřicet let máme teorii, která zatím toto všechno zvládá, je jí Standardní model, který si za celou dobu své existence vyžádal jenom minoritní doúpravy, jako je např. zahrnutí nenulovosti hmot neutrin.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Milan K,2015-10-19 14:04:32

Děkuji
Možná by tedy bylo lepší používat "vyvozeny z měřených dat", nežli obvyklé "objeveny", "prokázány". To mi přijde srozumitelnější.

Odpovědět


Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Radka Sladká,2015-10-18 21:50:56

Myslela jsem si, že jsou ty kvarky podivné :-)

Ještě by mě zajímalo, co to znamená, když má glueball dostatečnou energii na to, aby se mohl přeměnit na podivné kvarky. A jak se liší od glueballu, který tuto dostatečnou energii nemá.

Ale neberte to prosím tak, že jsem nevděčná. Naopak. Váš komentář je napsaný velmi srozumitelně a poutavě.

Odpovědět


Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Pavel Brož,2015-10-19 16:27:53

Rozhodující je energie, tj. glueball musí mít aspoň takovou energii, aby se mohl rozpadnout na některý baryon či mezon obsahující aspoň jeden podivný kvark. Nejlehčími částicemi obsahujícími podivný kvark (tj. kvark s) jsou kaony, ty mají energii cca 493 MeV. Dá se ukázat, že z dalších zákonů zachování vyplyne, že spolu s kvarkem s musí vzniknout také příslušný antikvark. Nejjednodušším řešením tohoto požadavku je, aby spolu s kaonem vznikl také odpovídající antikaon. V tom případě bude minimální potřebná energie rovna 2x493=986 MeV. Uvažovaný mezonový stav f0(1710) má energii 1710 MeV, tedy vyšší než tu minimální potřebnou, a proto při jeho rozpadu částice obsahující podivné kvarky vzniknout mohou.

Odpovědět


Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Radka Sladká,2015-10-20 08:54:43

Tak potom je mi divné, proč se někdy přemění a někdy ne, když tu energii mají pořád :-)

Ale asi tomu nerozumím a proto se tak hloupě ptám :-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Pavel Brož,2015-10-20 10:49:39

Naopak, ptáte se naprosto správně. Ony se totiž ty částice mohou ve většině případů rozpadat vícero způsoby, a kvantová teorie, podle které se odehrávají zákonitosti mikrosvěta, dává pouze možnost vypočíst pravděpodobnosti jednotlivých rozpadů. To se na jednu stranu může zdát málo, ve skutečnosti je to ale velice mocná zbraň, protože se dá vypočíst fůra věcí, např. větvící poměry jednotlivých druhů rozpadů, úhlové a spinové korelace produktů rozpadu a statistické rozdělení jejich energií. Vezmete-li navíc v potaz, že každou vteřinu se v urychlovačích sráží triliony částic (spíše více, z hlavy to bude vědět Vladimír, který je odborníkem na tuto oblast, já bych to musel dohledat), tak není divu, že se u těch druhů procesů, které nejsou až příliš vzácné (vzácné jsou třeba procesy vedoucí k produkci Higgsova bozonu), většinou podaří nasbírat v rozumném čase dostatek dat, aby to třeba umožnilo spolehlivě pohřbít některé z teorií, které se v předpovědích těchto rozložení liší od skutečnosti.
Takže on se zkrátka ten případný glueball bude rozpadat vícero způsoby, a pouze porovnání dlouhodobě sbírané statistiky z jeho rozpadů s příslušnou teorií může říct, jestli ta teorie má šanci být správnou, anebo jestli je zcestná (všimněte si, že to není o tom říct, jestli ta teorie je správná, je to pouze o tom říct, jestli není evidentně špatná). Pokud takové porovnání ta teorie přežije, tak stejně ještě nemá vyhráno. Teoretici se pak podívají, co dalšího ta teorie předpovídá, a jakmile to zjistí, začnou jí experimentátoři opět klást další nástrahy. Teprve pokud opakovaně projde takovýmto testovacím sítem, tak teprve potom si ta teorie začne získávat respekt odborníků, a časem se třeba stane standardem používaným pro výpočet dalších procesů. V daném případě toho nového způsobu výpočtu stavů glueballu, o kterém referuje článek, jde ale o pouhý začátek celého toho dlouhého procesu, na jehož konci bude buď uznání, anebo naopak diskvalifikace toho postupu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: ad rozpad gluonu na podivné kvarky

Radka Sladká,2015-10-21 08:48:02

Díky za odpověď.

Odpovědět

Filip Tichy,2015-10-16 12:33:42

Velice zaujímavé!!!

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace