1. Struktura hmoty Hmota je tvořena z hlediska vnějšího pohledu různými látkami. Následující schéma uvádí tento pojem do souvislosti s dalším členěním: Atomy jsou tvořeny elementárními částicemi (pojem původně vyhrazený pro nedělitelný útvar bez vnitřní struktury) Elementární částice dnes – cca 100 částic + 100 antičástic Následující schéma naznačuje zjednodušeně členění elementárních částic. Leptony Ø vyznačují se slabými interakcemi Ø nemají vnitřní strukturu Ø lze je považovat za fundamentální částice Leptonové číslo pro leptony: ½ Leptonové číslo pro antileptony: -½ Náboj: 0 nebo -1 Nábojová čísla a hmotnosti leptonů Z m(u) elektron e^- -1 5,5 . 10^-4 (m[0]) neutrino ν[e] 0 ≤5 . 10^-9 mion μ^- -1 0,1144 (˜ 200 m[0]) neutrino ν[μ] 0 lepton (tauon) τ^- -1 1,915 (˜ 200 m[0]) neutrino ν[τ] 0 Doba života mionu a tauonu je krátká (10^-6, resp. 10^-13^ s). Leptony a antileptony se liší tzv. točivostí (orientace spinového momentu hybnosti) Zákon zachování leptonového čísla: celkové leptonové číslo je před interakcí a po ní stejné Celkové leptonové číslo je před interakcí a po ní stejné Hadrony (je jich cca 200) spin Mezony: 0 nebo celočíselný Baryony: nukleony (proton, neutron) ½, 3/2 hyperony (částice těžší než nukleony) Baryonové číslo pro baryony: 1 Baryonové číslo pro antibaryony: -1 Baryonové číslo pro mezony a leptony: 0 Platí zákon zachování baryonového čísla Fundamentální částice Velký počet hadronů a antihadronů je dán představou o jejich vnitřní struktuře, které jsou tvořeny malým počtem fundamentálních částic druhého typu, tzv. kvarků (je jich 6 druhů, mají baryonové číslo B= 1/3 a zlomkový elektrický náboj Z= 2/3 nebo - 1/3) Označení kvarků - termín „vůně“ (flavour) Vlastnosti kvarků : nábojové číslo Z podivnost (strangeness) S půvab (charm) C krása (beauty) B pravda (truth) T kvark vůně hmotnost (u) Z S C B T d down 0,0086 -1/3 0 0 0 0 u up 0,0054 2/3 0 0 0 0 s strange 0,17 -1/3 -1 0 0 0 c charm 1,61 2/3 0 1 0 0 b bottom 4,56 -1/3 0 0 1 0 t (1994) top 193 2/3 0 0 0 1 Pravidla pro kvarkovou skladbu hadronů: Ø baryon obsahuje vždy tři kvarky Ø antibaryon obsahuje tři antikvarky Ø mezon obsahuje jeden kvark a jeden antikvark Ø baryonová, nábojová a další kvantová čísla kvarků se sčítají a dávají kvarku pozorované vlastnosti Příčinou soudržnosti kvarků jsou tzv. silné interakce (je cca 100 x silnější než interakce elektromagnetické). Silná interakce: Ø je zprostředkována výměnnou jiné částice, která má velmi krátkou dobu života (tato částice je po emisi jednou částicí okamžitě absorbována druhou interagující částicí – nelze ji proto jako částici zaznamenat -virtuální částice) Ø kvanta silového pole mezi kvarky se nazývají gluony, které jsou nehmotné a nemají elektrický náboj Ø působení interakcí mezi kvarky je omezeno na malý prostor Ø kvarky nemohou existovat samostatně (k jejich uvolnění by bylo zapotřebí extrémně vysoké energie) – proto pozorujeme pouze jejich přeskupování za vzniku jiných mezonů a hadronů. Ø proces výměny je komplikovaný, neboť každý kvark může existovat ve třech kvantových stavech označovaných jako barva (červená, modrá, zelená) Ø Pojem barva lze si lze představit jako „velmi silný” elektrický (barevný) náboj, který je podstatou silné interakce Ø podle teorie musí být vznikající hadron „bezbarvý“ Þ kvarky se musí vhodně kombinovat Ø při výměně gluonu mezi dvěma kvarky mění oba kvarky svou barvu tak, aby hadron zůstal bezbarvý Vlatnosti některých mezonů hmotnost (u) Z kvarkové složení p^+ 0,150 +1 uđ p^- 0,150 -1 dū p^o 0,145 0 uū nebo dđ K^+ 0,530 +1 K^- 0,530 -1 F 1,095 0 atd…. J/Y 3,32 0 D^o 2,00 0 D^+ 2,005 +1 Vlatnosti některých baryonů hmotnost (u) Z kvarkové složení p 1,0072765 +1 uud n 1,0086650 0 udd L 1,198 0 uds S^+ 1,227 +1 uus S^- 1,277 -1 dds W^- 1,795 -1 sss L[c]^+ 2,42 +1 udc Oblast atomů, jader a jejich radioaktivních přeměn je dána pouze čtyřmi fundamentálními částicemi první generace elektron e^- elektronové neutrino n[e] kvark u u kvark d d Další generace fundamentálních částic vytvářejí neobvyklé a nestálé hadrony při interakci částic s vysokou energií. Existují i neobvyklé kombinace dalších leptonů a hadronů – vznikající atomy se nazývají exotické Možné jsou i antiatomy, které jsou tvořeny pouze antičásticemi (poprvé v r. 1996)