Nástup kvantové teorie

Hlavní stránka 
historie částic

Home Nevím, kde jsem!


Na počátku 20. století prakticky všichni vědci věřili, že již porozuměli nejzákladnějším principům uspořádání světa. Atomy se jevily jako solidní stavební kameny veškeré hmoty, Newtonovy pohybové zákony všem připadaly jako samozřejmé a nezpochybnitelné a většina fyzikálních problémů se zdála být buď vyřešena, nebo těsně před vyřešením. Od chvíle, kdy Einsteinova teorie relativity nahradila newtonovskou mechaniku, si však vědci postupně začali uvědomovat, že jejich znalosti o světě mají k úplnosti daleko. Obzvláště významnou roli sehrál rychlý rozvoj kvantové mechaniky a jejího pohledu na svět, který naprosto změnil nejzákladnější pojmy a představy fyziky.


Částice objevené v letech 1898 - 1964

1900 Max Planck došel k závěru, že záření je kvantováno (má podobu "porcí" konečné velikosti).
1905 Albert Einstein, jeden z mála fyziků, kteří vzali Planckovy představy od počátku vážně, postuloval kvantum světla (foton), které se v mnoha ohledech chová jako částice (mluví se o částicově-vlnovém dualismu fotonu). Další Einsteinovy teorie zahrnují speciální teorii relativity, v jejímž rámci dospěl ke známému principu ekvivalence hmoty a energie, a obecnou teorii relativity (což je vlastně teorie gravitace, která rozšiřuje a zdokonaluje starší Newtonovu teorii - viz rok 1912 v této tabulce).
1909 Hans Geiger a Ernest Marsden, kteří pracovali pod vedením Ernesta Rutherforda, bombardovali částicemi alfa zlatou folii a pozorovali, že neočekávaně velké množství částic vyletuje s velkým úhlem rozptylu. To naznačuje, že atomy mají malé, těžké a kladně nabité jádro.
1911 Ernest Rutherford vyslovil teorii o atomovém jádru, k níž dospěl na základě výsledků experimentů s rozptylem částic alfa provedených H. Geigerem a E. Marsdenem.
1912 Albert Einstein vybudoval novou teorii gravitace (nazývanou obecná teorie relativity), založenou na představě, že prostor a čas (které v jeho teoriích vystupují jako univerzální prostředí nazývané prostoročas) jsou zakřiveny.
1913 Niels Bohr vytvořil teorii struktury atomů, jež vycházela z kvantových představ.
1919 Ernest Rutherford objevil v experimentech proton.
1921 James Chadwick a E. S. Bieler dospěli k závěru, že jádro atomu musí udržovat pohromadě nějaká silná síla (odlišná od do té doby známé gravitace a elektromagnetismu).
1923 Arthur Compton prokázal ve svých experimentech kvantovou (částicovou) podstatu rentgenového záření, čímž potvrdil, že na fotony lze pohlížet jako na částice.
1924 Louis de Broglie přišel s představou, že hmota má vlnové vlastnosti.
1925 (leden) Wolfgang Pauli zformuloval vylučovací princip pro elektrony v atomu.
1925 (duben) Walther Bothe a Hans Geiger prokázali, že energie v atomárních procesech se zachovává.
1926 Erwin Schroedinger vytvořil tzv. vlnovou mechaniku, jež úspěšně popisuje chování kvantových systémů složených z bosonů. Max Born zformuloval pravděpodobnostní interpretaci kvantové mechaniky. G. N. Lewis navrhl pro kvantum světla jméno "foton".
1927 Bylo pozorováno, že některé látky vyzařují elektrony (rozpad beta). Atomy i jádra mají diskretní energetické hladiny, a tak bylo těžko pochopitelné, že elektrony uvolňované při těchto rozpadech mají spojité spektrum (řešení této záhady najdete dále v této tabulce u letopočtu 1930).
1927 Werner Heisenberg zformuloval princip neurčitosti. Podle něj platí, že čím více toho víme o energii částice, tím méně toho víme o čase, po který se někde vyskytuje (a naopak). Tentýž princip neurčitosti platí i pro vztah mezi polohou a hybností částice.
1928 Paul Dirac skloubil kvantovou mechaniku se speciální teorií relativity a vytvořil teorii popisující elektron.
1930 Kvantová mechanika a speciální teorie relativity se staly obecně přijímanými teoriemi. Zdálo se, že existují pouhé tři fundamentální částice - proton, elektron a foton. Když se Max Born seznámil s Diracovou rovnicí pro elektrony, prohlásil:"Fyzika, jak ji dneska známe, bude za půl roku překonaná."
1930 Wolfgang Pauli navrhl pro vysvětlení spojitého spektra elektronů v rozpadu beta hypotetickou částici, kterou nazval neutrino.
1931 Paul Dirac si uvědomil, že kladně nabité objekty, které dostával při řešení své rovnice, představují nový typ částic (dal jim jméno pozitrony). Z jeho teorie vyplývalo, že jsou přesně stejné jako elektrony, avšak nesou opačný (kladný) náboj. Pozitrony jsou prvním příkladem antičástic.
1931 James Chadwick objevil neutron. Zásadní otázkou se stalo porozumět mechanismům jaderné vazby a jaderného rozpadu.
1933-34 Enrico Fermi vytvořil teorii rozpadu beta, ve které zavedl pojem slabá interakce. Šlo o první teorii, ve které přímo vystupovalo neutrino a docházelo k proměnám typů částic.
1933-34 Hideki Yukawa vyšel z teorie relativity a kvantové teorie a popsal jadernou interakci jako výměnu částic dosud neznámého typu (mezonů, jež dostaly jméno piony) mezi protony a neutrony. Z velikosti jádra Yukawa odvodil, že hmotnost těchto hypotetických částic (pionů) musí být přibližně dvousetnásobek hmotnosti elektronu. Yukawovy závěry představují počátek mezonových teorií jaderných sil.
1937 Paul Anderson objevil v kosmickém záření částici dvěstěkrát těžší než elektron. Fyzikové se nejdříve domnívali, že jde o Yukawův mezon, ale později se ukázalo, že jde o jiný typ částice (v mnoha ohledech "sourozence" elektronu, který dostal jméno mion).
1938 E.C.G. Stuckelberg při analýze experimentů zjistil, že protony a neutrony nikdy nepřecházejí na žádnou kombinaci elektronů, neutrin, mionů či jejich antičástic. To, že se proton nerozpadá na žádné lehčí částice, se nedá vysvětlit požadavkem zachování energie ani elektrického náboje. Stueckelberg přišel s hypotézou, že pro počet těžkých částic platí nezávislý zákon zachování.
1941 C. Moller a Abram Pais navrhli jako obecnější společný název pro protony a neutrony jménu nukleon.
1946-47 Fyzikové zjistili, že částice z kosmického záření, kteoru považovali za Yukawův mezon, je ve skutečnosti mion, první člen další generace hmotových částic, který byl objeven. Tento objev přišel naprosto neočekávaně - I. I. Rabi ho komentoval svým slavným výrokem "kdo si tohle objednal?" Byl zaveden pojem lepton, který souhrnně označuje částice, jež neinteragují silně (jak elektron, tak mion patří mezi leptony).
1947 V kosmickém záření byl objeven mezon, který interagival silně. Ukázalo se, že tentokrát skutečně jde o pion - částici s vlastnostmi, jaké zhruba předpověděl Yukawa.
1947 Fyzikové rozvinuli teoretické metody, které umožňují vypočítat elektromagnetické vlastnosti elektronů, pozitronů a fotonů.
1948 Na synchrocyklotronu v Berkeley byly poprvé uměle (při srážce jiných částic) vytvořeny piony.
1949 Enrico Fermi a C.N. Yang přišli s hypotézou, že pion je složená částice tvořená nukleonem a antinukleonem. Představa, že by "elementární" částice mohla být složená, byla v době svého vzniku velmi radikální.
1949 Na základě rozboru rozpadových produktů byl objeven mezon K+.
1950 Byl objeven neutrální pion.
1951 V kosmickém záření byly objeveny dvě nové částice. Byly pozorovány charakteristické stopy rozpadu na dvě nabité částice, jejichž dráhy měly tvar písmene V. Z toho bylo možné rekonstruovat původní neutrální objekty a určit, že se jedná o dosud neznámé částice; dostaly jména lambda0 a K0.
1952 Byla objevena částice nazývaná delta. Postupně se ukázalo, že existují čtyři příbuzné částice delta s různým nábojem (delta++, delta+, delta0 a delta-.)
1952 Donald Glaser vynalezl bublinovou komoru. Svou činnost zahájil brookhavenský urychlovač s energií 1,3 GeV, nazývaný kosmotron.
1953 Počátek "populační exploze částic" - dochází doslova k jejich přemnožení.
1953 - 57 Při rozptylu elektronů na jádrech bylo objeveno, že rozdělení hustoty elektrického náboje v protonech (a co víc, dokonce i v neutronech) vykazuje určitou strukturu. To naznačovalo, že tyto částice mají jakési složitější vnitřní uspořádání, i když v té době byly stále ještě považovány za fundamentální.
1954 C.N. Yang a Robert Mills rozvinuli nový typ teorií, které dostaly jméno kalibrační teorie. Ačkoli si v době jejich vzniku nikdo plně neuvědomil jejich význam, dnes tento typ teorií tvoří základ standardního modelu.
1957 Julian Schwinger napsal práci, v níž se poprvé uvažovalo o sjednocení slabé a elektromagnetické interakce.
1957-59 Julian Schwinger, Sidney Bludman a Sheldon Glashow nezávisle na sobě přišli s představou, že slabé interakce jsou zprostředkovány výměnou těžkých nabitých bosonů, kterým se později začalo říkat W+ a W-. Výměnou bosonů se poprvé zabýval už o 20 let dříve Yukawa - ten však uvažoval o pionech jako o nositelích silné interakce.
1961 Matematické klasifikační schema založené na symetrii částic (grupě SU(3) ) umožnilo fyzikům lépe se vyznat ve stále rostoucím počtu známých částic a roztřídit je do skupin s podobnými vlastnostmi.
1962 Experimenty prokázaly, že existují dva odlišné typy neutrin (elektronové a mionové). Tím se potvrdily dřívější teoretické úvahy.


Hlavní 
stránka historie částic Zpět na hlavní stránku historie částic