Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 32 (vyšlo 11. srpna, ročník 1 (2003)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Narušení nábojové symetrie v silné interakci

Pavel Břichnáč

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 = QY /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

Ed. Stephenson

Ed. Stephenson

Proton a neutron jsou částice složené ze tří kvarků (p = uud, n = ddu). Při termojaderné reakci

2D1 + 2D14He2 + ···

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 + 2D14He2 + π04He2 + 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

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage