Částicová fyzika – kvarkový model ddd udd uud uuu S=0 dds uus Q=2 S=-1 uds dss uss S=-2 Q=1 Q=0 S=-3 sss Nedostatky kvarkového modelu : Nebyly nikdy pozorovány samostatné kvarky Porušoval Pauliho vylučovací princip Q=-1

Částicová fyzika – kvarkový model 1964 - O. Greenberg navrhuje řešení problému s Pauliho vylučovacím principem zavedením nové kvantové vlastnosti kvarků – barvy. Má-li každý kvark v dané částici (uuu, ddd, sss) jinou barvu, nejsou identické a Pauliho vylučovací princip se na něj nevztahuje. u u u d u d d s d s s s

Částicová fyzika – kvarkový model u d Vlastnost „barevnost“ u složených částic nepozorujeme, neboť tři různé barvy či barva a antibarva dá dohromady „bílou“ – bezbarvou částici. Neutron u d Proton u d π- d u π+ Pozn.: kvantová vlastnost „barva“ samozřejmě nemá nic společného s optickými jevy.

Částicová fyzika – objev J/Ψ Zavedení barev kvarků vyřešilo problém s Pauliho vylučovacím principem a zároveň naznačilo, proč nelze pozorovat samostatné kvarky – pokud pozorovatelné objekty (částice) musí být bezbarvé, pak je možné spojovat kvarky po dvou (barva-antibarva) nebo po třech (tři barvy nebo tři antibarvy), ne však čtyřech či po jednom. Nutnost „bezbarvosti“ pozorovatelných částic byla ale spekulace a kvarkový model nebyl podložen experimentálně. Mezi roky 1964 – 1974 se o kvarcích v „lepší fyzikální společnosti“ nemluvilo. Burton Ritcher 1931 - Objev J/Ψ r. 1974, Nobelova cena r. 1976 S. C. C. Ting 1936 -

Částicová fyzika – objev J/Ψ Elektricky neutrální Extrémně těžká (3.1 GeV) Extrémní doba života (10-20 s) Obdobně těžké částice (mezony) mají typickou dobu života 10-23 s, tato částice žije tedy 1000x déle, než srovnatelné částice. To je jako objevit kdesi v Andách vesničku, ve které se lidé dožívají běžně 70000 let. To nemůže být nějaká anomálie, ale známka úplně nových, doposud neznámých biologických jevů. Objev J/Ψ tedy znamenal převrat ve fyzice částic. Tento objev je často označován jako Listopadová revoluce.

Částicová fyzika – objev J/Ψ O vlastnostech J/Ψ se v měsících po jeho objevu hodně diskutovalo, nicméně zcela vyhovující vysvětlení podal kvarkový model: J/Ψ je vázaný stav nového kvarku a antikvarku. Tento kvark byl označen jako půvabný (charm). Vázaný stav cc by dle kvarkového měl mít opravdu tak dlouhý život, jak bylo naměřeno.

Částicová fyzika – kvarkový model Existence nového kvarku (c) impikuje existenci mnoha nových částic: ccc c=3 ccd ccu c=2 ccs cud cdd cuu c=1 cds css cus (ddd) Δ- Δ0 (ddu) Δ+ (duu) Δ++ (uuu) (dds) Σ- Σ+ (uus) c=0 (dss) Ξ- Ξ0 (uss) (sss)

Částicová fyzika – standardní model Současné vědomosti o elementárních částicích shrnuje tzv. Standardní model. Elementární se zde rozumí taková částice, u které nelze pomocí současných experimentálních metod pozorovat vnitřní strukturu. Leptony Rodina Částice Symbol m (MeVc-2) Náboj (e) Anti- částice Elektronová elektron e- 0.511 -1 e+ elektronové neutrino < 0.000003 Mionová mion 105.7 mionové neutrino < 0.19 Tauonová tauon 1777 tauonové neutrino < 18.2

Částicová fyzika – standardní model Současné vědomosti o elementárních částicích shrnuje tzv. Standardní model. Elementární se zde rozumí taková částice, u které nelze pomocí současných experimentálních metod pozorovat vnitřní strukturu. Kvarky Částice Symbol m (MeVc-2) Náboj (e) Anti- částice Horní (Up) u 5 + 2/3 Dolní (Down) d 10 - 1/3 Půvabný (Charm) c 1500 Podivný (Strange) s 200 Pravdivý (Truth) t ≈ 180000 Krásný (Beauty) b 4300

Částicová fyzika – standardní model Jak to všechno drží pohromadě? 4 základní interakce Elektromagnetická Gravitační Silná Slabá Elmg., silnou a slabou interakci lze vysvětlit pomocí výměny určitých druhů částic částic - mediátorů

Částicová fyzika – standardní model Interakce vysvětlena výměnou částic (mediátorů) Kvantová teorie pole Feynmanovy diagramy e- e-

Částicová fyzika – standardní model Elektromagnetická Reaguje na elektrický náboj Nekonečný dosah Odpudivá i přitažlivá Nosičem (mediátorem) je foton

Částicová fyzika – standardní model Silná Reaguje na barvu Krátký dosah Přitažlivá, odpudivá pouze na velmi krátké vzdálenosti Nosičem (mediátorem) je gluon Silná interakce drží pohromadě kvarky v částicích, její zbytková forma pak drží pohromadě atomová jádra.

Částicová fyzika – standardní model Neexistují volné barevné částice – za což může jev uvěznění kvarků. Budeme-li se snažit uvolnit kvark z nitra nukleonu, poroste síla, kterou je v něm vázán. Pokud při „oddalování“ kvarku dodáme dostatečnou energii, vytvoří se pár kvark – antikvark, který se naváže k původním tak, že vzniknou dvě nové bezbarvé částice. Analogii vidíme při natahování pružiny. Pokud pružinu natáhneme moc, praskne a zbudou nám pružiny dvě.

Částicová fyzika – kvarkový model Slabá Reaguje na typ kvarku či leptonu (někdy označováno jako chuť - flavor) Krátký dosah Odpudivá, neexistují stabilní systémy vázané slabou interakcí. Je zodpovědná za některé rozpady částic Nosičy (mediátory) jsou tzv. intermediální bozony

Částicová fyzika – standardní model Mediátor m (GeVc-2) Náboj (e) foton gluon W+ 80.4 +1 W- -1 Zo 91.187 graviton