| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Jaký tvar má proton?
Milan Červenka
Proton je částice mající kladný jednotkový náboj a hmotnost mp = 1,6726231×10−27 kg. Pro poloměr protonu se udávají dvě hodnoty, které se ovšem liší: (0,805 ± 0.011) fm a (0,862 ± 0,012) fm (1995). Proton je hadron (podléhá působení silné interakce), jedná se o baryon (je složen ze tří kvarků - uud), jedná se o fermion (spin 1/2). Proton s neutronem mohou být považovány za dva stavy téže jaderné částice - nukleonu. Britský matematik G. H. Hardy odhadl, že ve vesmíru se nachází kolem 1080 protonů. Proton je nejlehčím známým baryonem a proto ze zákona zachování baryonového čísta vyplývá, že se jedná o stabilní částici, takže nemůže docházet k rozpadům, jako například
které jinak neodporují ostatním fyzikálním zákonům zachování. Některé sjednocující teorie sice předpovídají možnost rozpadu protonu s poločasem 1030 roků (přičemž vesmír je podle posledních měření sondy WMAP starý 13,7 miliard roků), ale experimentálně tento jev dosud pozorován nebyl.
Trochu historie
Protony byly poprvé detekovány Wilhelmem Wienem (1898) a Josephem Johnem Thomsonem (1910, J. J. Thomson objevil roku 1897 elektron) jakožto kladně nabité částice o hmotnosti atomu vodíku. Ernest Rutherford roku 1919 objevil vznik jader atomu vodíku při ostřelování atomů dusíku částicemi alfa. Roku 1920 přijal hypotézu, že jádro atomu vodíku je elementární částice a dal jí jméno proton.
Zleva: W. Wien, J. J. Thomson, E. Rutherford
Tvar protonu
Pracovníci z Thomas Jefferson National Accelerator Facility v USA nedávno zveřejnili výsledky rozptylových experimentů z nichž vyplývá, že protony nemusí mít vždy sféricky symetrický tvar, jak se až dosud předpokládalo. Ke stejným výsledkům dospěl roku 1995 i Gerald A. Miller, profesor fyziky na Washingtonské univerzitě, když se spolu se svými spolupracovníky snažil vysvětlit úhly, pod kterými se rozptylují elektrony při srážkách s protony v jaderném urychlovači.
Profesor Miller použil svůj teoretický model k predikci chování kvarků a objevil že mohou výrazně ovlivnit tvar protonu. Z tohoto modelu vyplývá, že pohybují-li se kvarky uvnitř protonu rychlostmi srovnatelnými s rychlostí světla, způsobují, že proton má tvar "burského oříšku" (na obrázku vlevo nahoře). Pokud se kvarky pohybují pomaleji, zmizí zúžená část a proton má tvar "míče na ragby" (na obrázku vpravo nahoře). Pakliže se kvarky pohybují velmi pomalu, má proton kulově symetrický tvar - jak se do této doby obecně předpokládalo. Tvar zobrazený na obrázku vlevo dole způsobují rovněž velmi rychle se pohybující kvarky. Zatímco v případě "burského oříšku" kvarky "rotují" ve stejném smyslu jako proton, v tomto případě je smysl jejich rotace opačný. Tvary protonů tedy mohou být velice rozmanité a závisí na rychlosti a směru pohybu jejich kvarků.
Další zajímavé experimenty v Thomas Jefferson Laboratory
- M. K. Jones (2000) a O. Gayou (2002) ukázali, že elektromagnetická struktura protonu není zcela triviální. Rozdělení náboje uvnitř protonu není přímo úměrné rozdělení magnetického momentu, jak se dosud předpokládalo. Publikace: O. Gayou, et. al., Phys. Rev. Lett. 88, p. 92301, 2002.
- K. A. Aniol se spolupracovníky ukázal (1999), že v protonu neustále vznikají a zanikají páry složené z podivného kvarku a antikvarku. To znamená, že se proton (uud) o vysoké energii může rozpadnout například na Λ hyperon (uds) a K mezon (us′ ). Publikace: K. A. Aniol et al., Phys. Rev. Lett. 82, p. 1096, 1999.
- D. Abott se spolupracovníky (2000) zkoumali chování protonu vázaného s neutronem (jádro deuteria). Zjistili nesférické rozložení náboje v deuteronu. Publikace: D. Abbott, et al., Phys. Rev Lett. 84 p. 5053, 2000.
- Polovinu hmotnosti protonu tvoří gluony, částice, které dohromady váží kvarky v protonu. Jeden z programů v Thomas Jefferson Laboratory je orientován na sledování spektra gluonových excitací a umožňuje hlubší studium silné interakce.
Rozložení elektrického
náboje v deuteronu
Odkazy
