Nevyřešený problém
VIDEO: Lepidlo či součástky? Co způsobuje spin protonu?
21.02.2016 06:27
Za podivnou kvantovou vlastnost nejrozšířenější částice ve vesmíru asi může víc lepidlo, které drží pohromadě kousky, z nichž je udělaná, než samotné kousky. Přesnou odpověď však přinese - jako obvykle - až nový a dražší urychlovač.
Ať se ve vesmíru vydáte kamkoliv, máte téměř jistotu, že narazíte na nějaký proton. V pozorovatelném kosmu jich je asi 1,575×1079 (tzv. Eddingtonovo číslo). Jelikož jsou protony vůbec nejpočetnější částice ze všech, dalo by se čekat, že budou dobře prozkoumané. Jenže to by byla chyba. Ačkoliv o nich fyzikové vědí už téměř sto let, pořád si nejsou jistí, co způsobuje některé jejich základní vlastnosti. Jeden takový záhadný atribut je spin. Je to vlastnost, kterou mají všechny elementární částice. Ve světě velkých měřítek, v němž žijeme my, lidé, nemá obdobu.
Spin by se dal přirovnat k měřítku otáčení částic kolem vlastní osy, nebo chcete-li k momentu hybnosti. Až na to, že částice se ve skutečnosti netočí a nemohou zrychlovat nebo zpomalovat.
Celý svůj život mají jeden spin. Proton má jiný spin než třeba Higgsův boson. Všechny protony mají ale stejný spin, stejně jako všechny Higgsovy bosony. Ohledně spinu protonu řeší fyzikové už od osmdesátých let minulého století velkou záhadu. Proton patří k částicím, které jsou složené z ještě menších kousků.
Gluonová záchrana
Říká se jim kvarky. V případě protonu jsou tři a každý má svůj vlastní spin. Spin se vyjadřuje v násobcích tzv. Planckovy konstanty. Mohou být buď celé nebo polocelé, například 0, 1, 2 nebo 1/2, 3/2, 5/2 atd. Bylo by hezké předpokládat, že spin protonu půjde spočítat ze spinu kvarků, z nichž je postavený. Proton má spin 1/2 a kvarky uvnitř protonu také. Dva z nich se "točí" opačným směrem, takže by se dalo čekat, že se jejich spiny navzájem vyruší a zbude přesně 1/2. Bylo by to akorát.
Vědci si dřív mysleli, že to tak opravdu je. Znělo to logicky. Jenže příroda si na logiku nepotrpí. Podle měření z roku 1987, mimochodem realizovaných v útrobách předchůdce dnešního urychlovače LHC na švýcarsko-francouzské hranici, spin kvarků na vysvětlení spinu celého protonu nestačí. Naštěstí existuje cesta, jak z toho ven.
Uvnitř protonů jsou totiž ještě další částice. Říká se jim gluony. Jejich název je odvozený od anglického slova "glu," které znamená "lepidlo." Kvarky si gluony neustále navzájem vyměňují, což drží celý proton pohromadě (Vizte video výše.). Podle nového výzkumu skupiny vědců z urychlovače RHIC v New Yorku přispívají gluony ke spinu protonu víc, než samotné kvarky.
Nový urychlovač
RHIC je menší bratr LHC. Podobně jako on proti sobě pouští dva paprsky částic. Dělá to ale s asi pětadvacetkrát menší energií, okolo 500 miliard elektronvoltů proti třinácti bilionům v LHC. V evropském urychlovači se protony navíc sráží se svými antičásticemi, antiprotony. V RHIC do sebe narážejí dva svazky obyčejných protonů. Vědci však mohou řídit směr jejich spinu. Při jejich srážkách vznikají další částice, jimž se říká piony.
Fyzikové počítají, kolik pionů vznikne, když do sebe narazí protony, jejichž spin má stejný nebo opačný směr. Z toho pak odhadují, jaká část spinu protonu připadá na kvarky a jaká na gluony.
Poslední výsledky z urychlovače RHIC zveřejněné v časopise Physical Review D naznačují, že gluony mají na spinu protonu o něco větší podíl než kvarky.
Jak přesně je velký, ale zbývá teprve vyzkoumat. Problém se trochu podobá výzkumu na LHC. Aby fyzikové zjistili, co chtějí, musí postavit lepší a dražší urychlovač. RHIC už jednou fungoval s energií asi 200 miliard elektronvoltů. Další krok po upgradu na současný výkon bude stavba nového stroje. Ten by však neměl zkoumat vnitřní strukturu protonu pomocí jiných protonů, nýbrž pomocí elektronů.
Diskuse
Diskuze u článků starších půl roku z důvodu neaktuálnosti již nezobrazujeme. Vaše redakce.