Počasí Počasí Satelitní snímky počasí Satelit Webkamery Kamery Kontakty Kontakty Eshop Eshop
Treking.cz
Poslední aktualizace: 28.10.2016 , , svátek má
Treking > Vesmír > Kvarky

Kvarky

Základní stavební kameny látky ve viditelném vesmíru

27.10.2016 | Otakar Brandos

Kvarky (anglicky quarks) jsou spolu s leptony základními stavebními kameny hmoty. Kvarky jsou považovány za elementární částice, neboť není známo, že by měly, stejně jako leptony, nějakou další vnitřní strukturu, tedy že by byly tvořeny ještě menšími částicemi.

Existenci kvarků předpověděli v roce 1963 Murray Gell-Mann a Georg Zweig. Avšak vědci k této hypotéze přistupovali s velkou nedůvěrou. Proto není divu, že Murray Gell-Mann byl inspirován k navržení pojmu kvark románem Finnegans Wake od anglického spisovatele Jamese Joyce, ve kterém slovo kvark značilo něco jako "nesmysl".

Čtěte také: Částice, elementární částice: Leptony, mezony, baryony, bosony, fermiony…

Všechny kvarky mají poločíselný spin (1/2), řadí se tudíž k fermionům, které se řídí Pauliho vylučovacím principem. K Pauliho vylučovacímu principu však kvarky přistupují po svém, viz níže.

Standardní model předpovídá existenci celkem šesti kvarků. Ty byly skutečně objeveny i experimentálně v rozmezí let 1968 - 1995. Tato šestice známých kvarků se od sebe liší nejen velikostí elektrického náboje, klidovou hmotností, ale i řadou kvantových čísel, na která se blíže podíváme níže.

Jaké kvarky standardní model zná?

V předchozím odstavci jsem uvedl, že standardní model částicové fyziky předpovídá (a zná) celkem šest kvarků. Jsou to kvarky s trochu podivnými názvy a ještě podivnějšími vlastnostmi, kvantovými stavy, jako jsou barva, vůně aj. Přitom třeba barva nemá s barvou jako takovou nic společného. Jedná se o kvantový stav, který nemá v makrosvětě obdoby. Kvarky jsou také jedinou skupinou částic, které podléhají všem čtyřem interakcím: silné, elektromagnetické, slabé i gravitační.

Kvarky

Podívejme se nyní na onu šestici kvarků a na jejich jména. Jsou to kvarky u (up - nahoru), d (down - dolů), c (charm - půvabný), s (strange - podivný), t (top - horní) a b (bottom - spodní). Každý z kvarků má svůj antikvark, které mají opačný elektrický náboj, opačnou vůni a doplňkovou barvu.

Kvarky, stejně jako leptony, se řadí do tří generací. První generaci představují kvarky u (up) a d (down). Druhou generaci kvarků představují s (strange) a c (charm) a konečně třetí generaci představují kvarky b (bottom) a t (top).

Podivné a exotické částice

Na stavbě látky (zářící látky) ve viditelném vesmíru se účastní v podstatě jen dva z uvedených kvarků. Společně s leptony (elektrony). Jsou to kvarky "u" a "d", které se podílejí na stavbě hadronů (částic podléhajících silné interakci), baryonů (nukleonů), mezonů.

Částice proton a neutron (patřící mezi baryony) jsou vždy tvořeny trojicí kvarků u nebo d. Proton je tvořen trojicí uud a neutron trojicí kvarků udd. Přitom v raném vesmíru tvořeném kvark-gluonovým plamatem se vyskytovaly všechny tři generace kvarků v rovnocenném zastoupení.

Zbývající čtyři kvarky (c, s, t, b) se v dnešním vesmíru podílejí na stavbě exotických částic a nebo částic s krátkou dobou života. Druhá generace kvarků se v dnešním chladném vesmíru objevuje v místech vysokoenergetických procesů. Např. v okolí černých děr a nebo neutronových hvězd. A také v sekundárním kosmickém záření, které vzniká interakcí primárního kosmického záření se zemskou atmosférou. Třetí generaci kvarků pozorují vědci pouze na urychlovačích částic, jsou tedy produkovány uměle. Ve vesmíru nebyly nikdy pozorovány.

Do skupiny částic tvořených kvarky c, s, t a b patří např. některé mezony. Tedy částice obsahující kvark a antikvark. Jsou to např. kaon a pion. Podivný kvark "s" obsahují i některé podivné baryony, kterým se ve fyzice částic říká hyperony. Částice ze skupiny baryonů a mezonů obsahující kvarky c, b nebo t se nazývají exotické částice. Struktura jednotlivých tříd částic je uvedena přehledně v níže připojené tabulce:

Třída částic Složení částic
hadrony částice obsahující kvarky
mezony částice obsahující kvark a antikvark
baryony částice složená ze tří kvarků
hyperony baryony obsahující podivný kvark a nebo antikvark

Vlastnosti kvarků - barva, vůně, podivnost

Vlastnosti jednotlivých kvarků - náboj, spin či klidovou hmotnost přehledně podává níže uvedená tabulka:

kvark spin podivnost náboj klidová hmotnost rok objevu
d 1/2 0 -1/3 e 5 MeV 1968
u 1/2 0 + 2/3 e 3 MeV 1968
s 1/2 -1 - 1/3 e 95 MeV 1968
c 1/2 0 + 2/3 e 1,3 GeV 1974
b 1/2 0 - 1/3 e 4,2 GeV 1977
t 1/2 0 + 2/3 e 173 GeV 1995

Systematika kvarků je velice složitá. Vědci zavedli množství kvantových čísel jako jsou vůně, podivnost a nebo barva. Přitom barva kvarku, přesněji barevný náboj kvarku, je jakýmsi ekvivalentem elektrického náboje u elektromagnetické interakce. A při popisu chování kvarků je zásadní. Barevný náboj kvarků je důležitý k vysvětlení toto, proč mohou existovat vedle sebe dva kvarky, jakožto fermiony řídící se Pauliho vylučovacím principem, ve stejném kvantovém stavu současně.

Pojmenování barva přitom nebylo zvoleno náhodně. Pomocí ní se totiž dají velice jednoduše vysvětlit pravidla, podle kterých se kvarky skládají do hadronů. Povoleny jsou všechny kombinace kvarků, které jsou ve výsledku bílé či bezbarvé, tedy částice s nulovým barevným nábojem.

Každý kvark se můře objevit ve třech barvách - červené (R, red), modré (B, blue) a nebo zelené (G, green). Antikvarky pak v barvách doplňkových. Těmito vazbami se podrobně zabývá kvantová chromodynamika (QCD) využívající aparátu kvantové elektrodynamiky.

Atom

Podle této koncepce může kvark libovolně měnit barvu. Každá takováto změna barvy je spojená s emisí gluonu. Podobně jako změna energetického stavu elektronu s emisí fotonu. Narozdíl od této interakce, kde foton je jen polní částicí a nikoliv nositelem (elektrického) náboje, jsou samotné polní částice silné interakce, gluony, nositeli barvy (barevného náboje či chcete-li, náboje silné interakce).

Interakci mezi kvarky zajišťuje silná interakce s polními částicemi zvanými gluony (více v samostatném článku tady). Na závěr povídání věnovaného kvarkům je nutné zmínit, že kvarky se nemohou v dnešním vesmíru vyskytovat samostatně. Když jsou blízko sebe (v měřítku do 10-15 m), tak se sice chovají jako volné částice, avšak čím více se je budeme snažit od sebe odpoutat, tím větší síla mezi nimi působí. V případě kvarků tak hovoříme o tzv. asymptotické volnosti.

Kvarky d (down, dolů) a u (up, nahoru)

Kvarky u a p byly objeveny v americkém Stanfordu v roce 1938 při bombardování protonů elektrony urychlenými na velice vysoké energie. Detekcí rozptýlených elektronů vědci zjistili, že uvnitř protonu se nacházejí tři hmotná centra a že tudíž nejde o elementární částici. Klidová hmotnost kvarků d a u je poměrně malá, činí 5 MeV a 3 MeV. Tyto kvarky patří do tzv. první generace.

Kvarky s (strange, podivný) a c (charm, půvabný)

Tato druhá generace kvarků s klidovými hmotnostmi 95 MeV a 1,3 GeV byla experimentálně potvrzena v letech 1968 a 1974. Tato generace kvarků (s kvark) se objevuje v částicích sekundárního kosmického záření - např. kaonů, které sehrály významnou roli při zjištění narušení CP symetrie - a c kvark byl detekován během srážek na urychlovači v roce 1974.

Kvarky b (bottom, spodní) a t (top, svrchní)

Existenci kvarku b předpověděli Makoto Kobyashi a Toshidide Maskawa v roce 1973. Tento kvark byl zapotřebí k vysvětlení původu narušení CP symetrie. Oba nakonec právě za vysvětlení původu narušení CP symetrie a předpověď existence třetí generace kvarků obdrželi v roce 2008 Nobelovu cenu za fyziku. Poslední a nejtěžší z kvarků byl objeven v roce 1995 na americké tevatronu.

CPT symetrie

Další ze základních vlastností částic je parita (symetrie), která vyjadřuje symetrii k záměně prostorových souřadnic. Např. x za -x, y za -y a z za -z. Pravotočivý souřadný systém lze zaměnit za systém levotočivý. Této symetrii se říká prostorová parita a označuje se P. Fyzika částic zná rovněž časovou symetrii T, kde čas t lze zaměnit za -t. Třetí ze symetrií je parita elektrického náboje C, kde lze zaměnit -e za +e.

Fyzika považovala za samozřejmé, že se CPT symetrie v přírodě zachovávají. Tedy že se se stejnou pravděpodobností vyskytují "levé" a "pravé", existují částice a antičástice atd. Avšak dnešní poznatky ukazují, že dílčí parity nemusí být vždy zachovány. Pozorovala se jak narušení prostorové symetrie (při beta rozpadu) tak narušení časové symetrie.

Elementární částice baryony bosony fermiony gluony hadrony hyperony kvarky leptony mezony elektron foton Higgsův boson kaon mion neutrino neutron pion pozitron proton tauon

Použité zdroje

Treking.cz - diskuze

Diskuse k tomuto článku

přidat názor


Další související články:

+ Mezon, středně těžká a nestabilní elementární částice
+ Leptony, lehké elementární částice
+ Baryony, těžké částice podléhající silné interakci
+ Bosony, polní částice silových interakcí
+ Higgsův boson, Higgsovo pole a poslední chybějící článek standardního modelu částicové fyziky
+ Hyperony, podivné nestabilní částice s velice krátkou dobou života
+ Hadrony, skupina částic účastnících se na silných interakcích
+ Neutron jako nestabilní nukleon
+ Elektron je nejlehčí elementární částice
+ Neutrino, stabilní elementární částice
+ Proton jako baryon, fermion a hadron aneb elementární částice, která není…
+ Pozitron: Elementární částice, která je antičásticí elektronu
+ Kosmické záření, nepřetržitý proud částic o vysokých energiích
+ Planckova konstanta, univerzální fyzikální konstanta
+ Solární konstanta. Konstanta, která je proměnná - hodnota solární (sluneční) konstanty
+ Astronomická jednotka, jednotka pro měření vzdáleností ve Sluneční soustavě
+ Světelný rok, nejpoužívanější jednotka vzdálenosti ve vesmíru
+ Parsek, základní jednotka vzdálenosti ve vesmíru
+ Jarní souhvězdí, které hvězdy vidíme na jaře?
+ Podzimní hvězdná obloha
+ Co jsou to hvězdy? Ze života hvězd
+ Nejdetailnější snímek protoplanetárního disku získaný pomocí ALMA
+ Exoplanety. Zrození obří planety? Kandidát na exoplanetu pozorován v hvězdném lůně
+ Pořídil dalekohled VLT snímek dosud nejlehčí exoplanety?
+ Hnědý trpaslík, záhadné objekty na pomezí planet a hvězd
+ Černá díra se krmí oblaky chladného mezigalaktického plynu
+ ALMA objevila intenzivní magnetické pole v blízkosti supermasivní černé díry
+ Předčasně vyspělá černá díra, nový objev nabourává dnešní teorie
+ VLT sleduje v reálném čase přiblížení oblaku plynu k obří černé díře ve středu Galaxie
+ ALMA zkoumá záhadné výtrysky z obřích černých děr. Nejlepší záběr oblaků molekulárního plynu…
+ Dalekohledy ESO přispěly ke vzniku nejlepší prostorové mapy centrální výduti Galaxie
+ NGC 1637, krásná spirála ozdobená slábnoucí supernovou
+ Trpasličí galaxie NGC 5477
+ Mladé, horké a modré…, stálice hvězdokupy NGC 2547
+ Nejtěžší známá hvězda ve vesmíru
+ Otevřené hvězdokupy, seskupení relativně mladých hvězd
Na Trekingu dále naleznete
Naše rozhledny Skalní města
Naše vrcholy Vodopády
Ledovcová jezera Sedla a doliny
Jeskyně Památky
České hrady Slovenské hrady
Geomorfologie (ČR) Geomorfologie (SK)
Nejvyšší hory (SK) Nejvyšší hory (ČR)
Nejvyšší vrcholy Orografické členění
Rozloha celků Alpy
Karpaty Přehled pohoří
Reklama
Reklama
Reklama
Vyhledat ubytování podle pohoří

1. Beskydy, ubytování a horské chaty v Beskydech
2. Javorníky, ubytování a horské chaty v Javorníkách
3. Jeseníky, ubytování a horské chaty v Jeseníkách
4. Jizerské hory, ubytování a chaty v Jizerských horách
5. Krkonoše, ubytování a horské boudy v Krkonoších
6. Orlické hory, ubytování a chaty v Orlických horách
7. Šumava, ubytování a horské chaty na Šumavě
CZ / SK
1. Malá Fatra, ubytování a horské chaty na Malé Fatře
2. Nízké Tatry, ubytování a chaty v Nízkých Tatrách
3. Oravské Beskydy, ubytování a chaty na Oravě
4. Roháče, ubytování a chaty v Západních Tatrách
5. Slovenský ráj, ubytování a chaty ve Slovenském ráji
6. Velká Fatra, horské chaty a útulny na Velké Fatře
7. Vysoké Tatry, ubytování a chaty ve Vysokých Tatrách
Reklama

Poslední diskusní příspěvky

Tapety na plochu PC zdarma, léto
 28.06.2017 1 příspěvek
Midžor, výstup na nejvyšší horu Srbska
 27.06.2017 3 příspěvky
Roháč obecný (Lucanus cervus)
 26.06.2017 16 příspěvků
Západní Tatry, přechod hřebene Západních Tater
 26.06.2017 43 příspěvků
Koliba Rovne pod Krížnou
 26.06.2017 3 příspěvky
Biokovo, přechod pohoří
 24.06.2017 4 příspěvky
Horský hotel Poľana
 23.06.2017 5 příspěvků
Chata pod Hrbom, ubytování na Hrbu
 23.06.2017 25 příspěvků
20 nejvyšších pohoří Československa
 22.06.2017 1 příspěvek
(Ne)pohodová turistika na Malé Fatře
 22.06.2017 2 příspěvky
Útulna pod Pustým, koliba Jamnícka dolina
 20.06.2017 16 příspěvků
Koliba pod Klinom
 20.06.2017 10 příspěvků
Orlík a Medvědí vrch v Medvědské hornatině
 19.06.2017 2 příspěvky
Hezka blondynka 42 let z okolí Ostravy hleda kamar
 17.06.2017 1 příspěvek
Turistika v národních parcích na Slovensku, pravid
 16.06.2017 4 příspěvky
Chata pod Borišovom, Borišov
 15.06.2017 66 příspěvků
Civetta, italské Dolomity
 14.06.2017 2 příspěvky
Římské divadlo, turistický přístřešek
 12.06.2017 1 příspěvek
Vsacký Cáb, horský hotel
 10.06.2017 7 příspěvků
Toulání v Bílých Karpatech
 09.06.2017 3 příspěvky
Capu Rossu, Korsika a turistika
 07.06.2017 1 příspěvek
Přechod Lúčanské Malé Fatry
 05.06.2017 5 příspěvků
Bradlovou Velkou Fatrou za medvědy
 04.06.2017 3 příspěvky
Bradlovou Velkou Fatrou za medvědy (opět)
 03.06.2017 1 příspěvek
Rozhledna Máminka v Křivoklátské vrchovině
 02.06.2017 2 příspěvky
Luční bouda, Krkonoše
 31.05.2017 14 příspěvků
Témata našich článků…
Proton Šídlo pestré Chata Slaměnka Na Turoldu Smraďoch Marcelka Chata Šerlich Bezděz Gluon Litice Lysá hora Retezat Frýdštejn Úplněk Měsíce Jarní prázdniny Osmitisícovky Loket Planeta Saturn Brouci Kuiperův pás Pohorky Říp
Reklama
Reklama
Vybíráme z obsahu…
1. Plesa Štrbské pleso, nejznámější a druhé největší pleso slovenských Tater
2. Přírodní zajímavosti Velká kotlina, ledovcový kar a nejvýznamnější botanická lokalita v ČR
3. Naše vrcholy Praděd, nejvyšší hora Hrubého Jeseníku a pátá nejvyšší hora v ČR
4. Propasti Hranická propast, nejhlubší propast v ČR
5. Vesmír Světelný rok, nejpoužívanější jednotka vzdálenosti ve vesmíru
6. Horské chaty Téryho chata: Vysoké Tatry, cena a recenze ubytování na Téryho chatě
7. České hrady Karlštejn, jeden z nejznámějších a nejnavštěvovanějších českých hradů
Oblasti: Beskydy | Bílé Karpaty | Brdy | Broumovská vrchovina | Česká Kanada | České středohoří | České Švýcarsko | Český les | Český ráj | Doupovské hory | Drahanská vrchovina | Hanušovická vrchovina | Hornosvratecká vrchovina | Hostýnské vrchy | Chřiby | Javorníky | Jeseníky | Jevišovická pahorkatina | Jizerské hory | Králický Sněžník | Krkonoše | Krušné hory | Křivoklátská vrchovina | Litenčická pahorkatina | Lužické hory | Nízký Jeseník | Novohradské hory | Orlické hory | Pálava | Podyjí | Rakovnická pahorkatina | Ralsko | Rychlebské hory | Slavkovský les | Svitavská pahorkatina | Šluknovská pahorkatina | Šumava | Švihovská vrchovina | Vizovická vrchovina | Vlašimská pahorkatina | Vsetínské vrchy | Východolabská tabule | Zábřežská vrchovina | Zlatohorská vrchovina | Ždánický les | Železné hory | Žulovská pahorkatina | Branisko | Bukovské vrchy | Burda | Cerová vrchovina | Čergov | Čierna hora | Chočské vrchy | Kremnické vrchy | Krupinská planina | Kysucké Beskydy | Laborecká vrchovina | Levočské vrchy | Ľubovnianska vrchovina | Malá Fatra | Malé Karpaty | Muránska planina | Nízké Tatry | Ondavská vrchovina | Oravská Magura | Oravské Beskydy | Pieniny | Podunajská pahorkatina | Pohronský Inovec | Polana | Považský Inovec | Revúcka vrchovina | Roháče | Slanské vrchy | Slovenský kras | Slovenský ráj | Spišská Magura | Stolické vrchy | Strážovské vrchy | Súlovské skály | Šarišská vrchovina | Štiavnické vrchy | Tribeč | Velká Fatra | Veporské vrchy | Vihorlat | Volovské vrchy | Vtáčnik | Vysoké Tatry | Záhorie | Zemplínské vrchy
Home Page | Časopis | Průvodce | Ceník inzerce | Soutěže | Seznamka | Kalendář akcí | Outdoor testy | Horské chaty | Fotogalerie | Archiv
Treky, turistika | Horolezectví | Cykloturistika | Cestování | Vesmír, astronomie | Turistická mapa online | Spolupracujeme
TOPlist