OBSAH Elementární částice

INTERAKCE

Člověk žije v prostředí, které se za tisíciletí naučil velmi citlivě vnímat. Snadno si dokážeme představit objekty s rozměry v metrech a hmotnostmi v kilogramech, vnímáme děje trvající sekundy, hodiny, roky... Každý z nás je také schopen provést základní měření délky, času i hmotnosti. Tělesa kolem nás intuitivně chápeme jako objekty, na které si lze sáhnout, přemístit je, natřít barvou, rozříznout a podobně. Kromě těles si v některých případech dokážeme představit i vlnění. Bez problémů se smíříme s vlnami na vodní hladině nebo se zvukem jako kmitajícími molekulami látky.

Začneme-li zkoumat elementární částice, vše je jinak. Pojmy, které jsme vybudovali v makrosvětě, jsou většinou ve světě elementárních částic nepoužitelné. Uveďme několik příkladů:

BudíkTypický čas: Atomová jádra mají rozměry řádově 10–15 metru. Fotony s rychlostí 3×108 m/s uletí tuto vzdálenost asi za 10–23 s. Právě tento čas je typickým časem dějů v atomovém jádře. Žije-li zde částice 10–10 s, je to z hlediska makrosvěta neuvěřitelně krátký okamžik. Z hlediska elementární částice jde o celou věčnost. Částici, která žije velmi krátkou dobu (kratší než 10–23 s) již ani nenazýváme částicí, říkáme jí rezonance.

BudíkDělení: Rozřízneme-li v makrosvětě poleno, rozbijeme-li skleničku, jsou úlomky vždy menší (co do rozměrů, hmotnosti ...), než je původní celek. To je proto, že samotný akt řezání nebo rozlomení je energeticky zanedbatelný vzhledem k energii obsažené v úlomcích. Jak ale rozdělit atomové jádro nebo dokonce nějakou částici? Zde již nepomůže nůž ani pila. Do objektu je třeba „narazit“ jinou, velmi urychlenou částicí, která způsobí rozštěpení. Tato střela ovšem dodá rozbíjené částici značnou energii, té odpovídá podle vztahu E = mc2 určitá hmotnost. Dostáváme se tak do zdánlivě paradoxní situace. „Úlomky“ budou mít větší hmotnost než původní částice.

BudíkČástice-vlna: V makrosvětě jsme si zvykli dělit jevy na částicové a vlnové. Bezpečně poznáme, co je těleso a co je vlnění. Objekty mikrosvěta však nejsou ani částice (tělesa), ani vlnění. Někdy nám jejich projevy připomínají vlnění, jindy částice. Chceme-li však odpovědět na otázku typu: „Co je tedy elektron – částice nebo vlna?“, musíme si uvědomit, odkud se vzala slova částice – těleso a vlna. Jsou to pojmy, které jsme si vybudovali ve svém světě, v makrosvětě. Pro popis objektů mikrosvěta jsou naprosto nevhodné. Takže odpověď by mohla znít nějak takto: „O tom, zda elektron je vlna nebo částice snadno rozhodnu... Bude to tehdy, až bude mít elektron hmotnost 10 kg a průměr 0,5 metru. Jinak otázka postrádá smysl.“

BudíkMěření: Akt měření v mikrosvětě ovlivní měřený objekt. Po změření jakékoli veličiny je měřený objekt v jiném stavu než před měřením. Měření různých veličin se mohou vzájemně ovlivňovat a výsledky měření mohou záviset na pořadí měření. Nic z toho neznáme v makrosvětě, kde provedení běžných měření ovlivní měřené objekty velmi málo. Zde jde snad o největší rozdíl mezi fyzikou makrosvěta a mikrosvěta. Proto kvantová teorie, která popisuje objekty mikrosvěta, elementární částice a interakce mezi nimi používá nekomutující objekty, pro které je AB BA.


Kvantová teorie, podobně jako obecná relativita nepoužívá pojem síly. Řešení je však jiné. Interakci způsobují tzv. výměnné (intermediální, polní) částice. Interakce proběhne tak, že si dva objekty (například elektrony) vymění intermediální částici (například foton). Dnešní kvantová teorie pole používá ke znázornění interakcí elegantní grafické zkratky, tzv. Feynmanovy diagramy.

 
OBSAH Elementární částice