| |
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA, IČO: 26551772, ISSN: 1214-1674,
Číslo 32 (vyšlo 11. srpna), ročník 1 (2003)
(c) Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
Email: bulletin@aldebaran.cz
 |
32/2003 |
 |
|
Pavel Břichnáč: Narušení nábojové symetrie v silné interakci
(upraveno 28. 5. 2005)
Proton a neutron by se měly podle dosavadních znalostí chovat při silné
interakci stejně. Důsledkem této symetrie je zachování veličiny, která se nazývá izospin. Obě částice se chovají různě jak při elektromagnetické interakci
(proton má elektrický náboj, neutron nikoli), tak při slabé interakci. V
experimentech z roku 2003 se ukázala možnost, že by se neutron a proton
mohly chovat poněkud odlišně i při silné interakci a nábojová symetrie by mohla
být narušena.
|
Nábojová symetrie: symetrie silné
interakce, při které se některé skupiny částic (multiplety) chovají
shodně při silné interakci. Nejznámějším multipletem je dublet
nukleonů – neutron a proton.
Multiplet:
skupina podobných částic chovajících se shodně
při silné interakci (dublet nukleonů, triplet pionů, kvadruplet Δ
baryonů, atd.) Tyto částice lze chápat jako kvantové stavy jediné
částice, které se liší projekcí veličiny nazývané izospin.
Hypernáboj: dvojnásobek průměrného
elektrického náboje multipletu. Hypernáboj označujeme Y. Pro
nukleony (proton má náboj 1, neutron 0) je Y = 1.
Izospin: veličina přiřazená celému
multipletu částic, označujeme ji T, je definována jako T = (N−1)/2,
kde N je počet částic v multipletu. Jednotlivé částice v
multipletu se liší projekcí izospinu T3 = Q
− Y /2., která podobně jako u spinu
nabývá 2T+1 hodnot T3 = −T, −T + 1, ... , T−1, T. |
| částice |
kvarková struktura |
náboj |
projekce izospinu |
| n |
ddu |
Q = 0 |
T3 = −1/2 |
| p |
uud |
Q = +1 |
T3 = +1/2 |
| částice |
kvarková struktura |
náboj |
projekce izospinu |
| Δ− |
ddd |
Q = −1 |
T3 = −3/2 |
| Δ0 |
udd |
Q = 0 |
T3 = −1/2 |
| Δ+ |
uud |
Q = +1 |
T3 = +1/2 |
| Δ++ |
uuu |
Q = +2 |
T3 = +3/2 |
|
Příklady multipletů: První tabulka: nukleonový
dublet, S = 1/2, Y = 1, T =
1/2. Druhá tabulka: Δ kvadruplet, S = 3/2, Y = 1, T =
3/2. Poznámka. Částice v první tabulce mají složeny kvarky tak, že výsledný spin je 1/2, v dolní
tabulce tak, že
výsledný spin je 3/2. |
Experimenty
 Proton a neutron jsou částice složené ze tří kvarků (p = uud,
n = ddu). Při termojaderné reakci
2D1 + 2D1 → 4He2
+ ···
se za normálních okolností uvolní energie v podobě fotonů, případně při
vysoceenergetické srážce dvou deuteronů v urychlovači se objeví dvojice nabitých
pionů π+ a π−.
Pokud dochází k narušení nábojové symetrie při silné interakci, předpovídá kvantová teorie
existenci velmi vzácného kanálu reakce, při kterém se objeví neutrální pion,
který se následně rozpadá na dva charakteristické fotony:
2D1 + 2D1 → 4He2
+ π0 → 4He2
+ γ
+ γ.
Dne 5. dubna 2003 oznámil tým profesora Edwarda Stephensona z Indiana University
(Bloomington, USA) na kongresu Americké společnosti pro fyziku (AIP), že se jim
podařilo jako vůbec prvním zpozorovat tuto vzácnou reakci, při které dochází k tomuto narušení
nábojové symetrie.
Pokus Stephensonova týmu spočíval v nasměrování svazku jader deuteronů
(složených z protonu a neutronu) na terčík složený z deuteronového plynu. Po
fúzi dvou deuteronových jader vzniklo jedno jádro helia a krátce žijící
elektricky neutrální pion měnící se na pár fotonů, které byly detekovány
dostatečně citlivým detektorem.
Důsledky narušení nábojové symetrie při dalších interakcích
-
neutron je nepatrně těžší než proton,
-
neutron je nestabilní (podléhá beta rozpadu),
-
proton je stabilní (v raném vesmíru zůstal a stal se základním stavebním kamenem
hmoty, která tvoří hvězdy, mlhoviny planety, člověka ...
Kdyby byla nábojová symetrie narušena opačným směrem, byl by proton nepatrně těžší než
neutron, neutron by byl stabilní, proton by byl nestabilní a nevznikl by vůbec
vesmír tak, jak ho známe. Poznamenejme, že podle SUSY teorií je proton
pravděpodobně opravdu nestabilní, ale poločas jeho rozpadu je větší jak 1033
let, což nemohlo ovlivnit dosavadní stavbu vesmíru. Může to však mít hlubokoké
důsledky ve velmi vzdálené budoucnosti vesmíru. Proton by se měl rozpadat na
leptony (pozitrony a neutrina) a za 10100 let by zde mohlo zůstat jen
záření a zředěný leptonový plyn. Pak už ale nebude nikdo, kdo by tento článek
četl.
Odkazy
|
|