Současný pohled (standardní model)

Hlavní stránka  
historie částic

Home Nevím, kde jsem!


Zhruba v polovině šedesátých let si fyzikové uvědomili, že to, jak dosud chápali svět, to znamená s veškerou hmotou složenou z fundamentálních protonů, neutronů a elektronů, nestačí k vysvětlení stovek nových částic, které byly nedlouho před tím v rychlém sledu objeveny. Řešení těchto problémů nabízela Gell-Mannova a Zweigova teorie kvarků. Během následujících více než třiceti let se postupně vyvinula teorie, které se dnes říká standardní model, a s rostoucím množstvím experimentálních důkazů ve svůj prospěch, jež byly získány na nových a silnějších urychlovačích, získávala stále širší okruh příznivců.


Částice objevené od roku 1964 do současnosti

1964 Murray Gell-Mann a George Zweig přišli s ideou kvarků. Podle těchto představ měly být mezony a baryony složené systémy skládající se z kvarků nebo antikvarků (baryony ze tří kvarků, mezony z dvojic kvark-antikvark). Kvarky měly být tří typů, jež dostaly jméno u (up), d (down) a s (strange - podivný), se spinem 1/2 a elektrickým nábojem (v uvedeném pořadí) postupně 2/3, -1/3, -1/3. Od doby svého vzniku byla tato teorie ještě dále rozvinuta. Kvarky ovšem nebyly (a dodnes nejsou) přímo pozorovány jako samostatné částice, a tak byly dlouho považovány za pouhý matematický nástroj vhodný ke klasifikaci částic a jejich vlastností, nikoli skutečně existující fyzikální objekt. Další vývoj v oblasti teorie i experimentu však vedl k tomu, že dnes považujeme kvarky za reálné fyzikální objekty, i když se zdá, že z principiálních důvodů nikdy nebude možné je izolovat.
1964 Na základě podobnosti s leptony bylo v několika pracích navrženo, že existuje čtvrtý kvark, který by skupinu kvarků doplnil tak, že by na tom byly stejně jako dvě navzájem podobné dvojice leptonů - to, čemu dnes říkáme generace hmotových částic. Jen málo fyziků bralo tuto hypotézu v době jejího vzniku vážně. Sheldon Glashow a James Bjorken razili pro čtvrtý kvark jméno "charm" (půvab či půvabný) - proto se označuje jako c.
1965 O.W. Greenberg, M.Y. Han a Yoichiro Nambu zavedli vlastnost kvarků nazývanou barevný náboj. Všechny pozorované hadrony jsou barevně neutrální.
2.pol. 60. let Kvarkový model je fyziky přijímán značně zdrženlivě - především proto, že nebyly pozorovány samostatné kvarky.
1967 Steven Weinberg a Abdus Salam nezávisle navrhli teorii, která spojovala elektromagnetickou a slabou interakci do podoby sjednocené elektroslabé interakce. Tato teorie předpovídala existenci (kromě nabitých) i neutrálního bosonu-nosiče slabé interakce (dnes se mu říká Z0); žádné procesy, které by odpovídaly výměně Z0, nebyly ovšem v té době známy - jejich existence byla jednou z jasných a ověřitelných předpovědí teorie a bylo jejím velkým triumfem, když byly roku 1973 skutečně pozorovány (viz dále). Teorie také předpovídá existenci těžkého bosonu se spinem 0, tzv. Higgsova bosonu, jenž nebyl pozorován dodnes.
1968-69 Při experimentu na lineárním urychlovači ve Stanfordu, při kterém nalétávaly elektrony na protony, to vypadalo, jako by se elektrony odrážely od něčeho malého a těžkého uvnitř protonů. James Bjorken a Richard Feynman vysvětlili výsledky experimentu pomocí modelu konstituentních částic uvnitř protonu (i když protonové konstituenty v té době ještě neztotožnili s kvarky, dnes chápeme výsledky tohoto experimentu jako jeden z prvních experimentálních důkazů pro jejich existenci).
1970 Sheldon Glashow, John Iliopoulos a Luciano Maiani si uvědomili, že nemá-li se standardní model dostat do potíží, musí existovat čtvrtý typ kvarku. Teprve se čtvrtým kvarkem je možné sestavit teorii, ve které dochází k neutrálním (tj. zprostředkovaným výměnou Z0) slabým procesům beze změny vůně (typů částic v reakci), avšak nedochází k neutrálním procesům se změnou vůně - situace, jaká odpovídá pozorované skutečnosti.
1973 Donald Perkins se vyšel z předpovědí standardního modelu a podrobil nové analýze starší data z CERN. Její výsledky nasvědčovaly tomu, že skutečně dochází k slabým procesům beze změny elektrického náboje (tj. zprostředkovaným výměnou Z0).
1973 Byla zformulována kvantová teorie pole popisující silnou interakci. Tato teorie, v níž vystupují interagující kvarky a gluony (a jíž dnes považujeme za součást standardního modelu) má podobnou strukturu jako kvantová elektrodynamika; nábojem odpovídajícím silné interakci je však barva, a tak tato teorie dostala jméno kvantová chromodynamika (QCD). Kvarky vystupují v QCD jako reálné fyzikální částice nesoucí barevný náboj, gluony jsou kvanta pole silné interakce a mají nulovou hmotnost. Autory této teorie jsou Harald Fritzsch a Murray Gell-Mann.
1973 David Politzer, David Gross a Frank Wilczek objevili, že "barevná" teorie silné interakce má zvláštní vlastnost, které se dnes říká asymptotická volnost. Tato vlastnost umožňuje popsat pomocí QCD experimentální výsledky z let 1968-69, jež odhalily strukturu protonu.
1974 V závěrečném referátu na jedné konferenci předložil John Iliopoulos poprvé v ucelené formě fyzikální pohled na svět fundamentálních částic a jejich interakcí, kterému dnes říkáme standardní model. Pokud se o standardním modelu chcete dovědět víc, vydejte se na trasu jedné z výprav našeho Dobrodružství, která je celá standardnímu modelu věnována.
1974 (Listopad) Burton Richter a Samuel Ting, kteří vedli dva na sobě nezávislé experimenty prováděné různou metodikou a v různých laboratořích, oznámili ve stejný den objev jedné a téže částice. Ting a jeho tým z Brookhavenu nazvali tuto částici J, zatímco Richter a jeho spolupracovníci ze SLAC ji pojmenovali řeckým písmenem psí. Oba objevy byly uznány jako původní, a tak se této částici dnes říká J/psí. Částice J/psí je mezon tvořený párem kvarků c - anti-c.
1976 Gerson Goldhaber a Francois Pierre objevili mezon D0 (z kvarků anti-u a c - tzv. open charm či "odkrytý půvab"; protože se kvark c nevyskytoval v kombinaci s anti-c jako u J/psí, nesl tento mezon "otevřeně" charakteristiky kvarku c). Objev této částice znamenal další významnou podporu standardního modelu.
1976 Martin Perl a jeho spolupracovníci objevili ve SLAC lepton tau. Lepton tau se stal první pozorovanou částicí příslušející k další (třetí) generaci a jeho objev byl zcela překvapivý.
1977 Leon Lederman a jeho tým objevili ve Fermilab ještě jeden typ kvarku (a příslušný antikvark). Dostal jméno b ("bottom") a patří ke třetí generaci stejně jako lepton tau. Protože ze struktury standardního modelu vyplývá, že kvarky se vyskytují v párech, tento objev podnítil snahy najít šestý typ kvarku, kterému se začalo říkat t ("top").
1978 Charles Prescott a Richard Taylor pozorovali neutrální (tj. zprostředkovanou výměnou Z0) slabou interakci při srážkách polarizovaných elektronů s jádry deuteria, při níž docházelo k narušení parity, jak to předpovídal standardní model; dostalo se mu tak dalšího experimentálního potvrzení.
1979 Na elektronových vstřícných svazcích PETRA v laboratoři DESY v Hamburku byl pozorován proces odpovídající tomu, že kvark nebo antikvark vzniklý při srážce vyzářil gluon.
1983 Dvě experimentální skupiny pozorovaly na synchrotronu v CERN intermediální bosony slabé interakce W± a Z0 s vlastnostmi, jaké předpověděla elektroslabá teorie. Byly při tom využity nové experimentální techniky, jejichž autory byli Carlo Rubbia a Simon Van der Meer a které umožnily srážet vstřícné svazky protonů a antiprotonů.
1989 Experimenty uskutečněné ve SLAC a v CERN vedly k závěru, že existují právě jen tři (a nikoli více) generace fundamentálních částic. Vyplývá to ze skutečnosti, že doba života bosonu Z0 může odpovídat změřené hodnotě jedině tehdy, pokud existují právě jen tři typy neutrin s velmi malou (nebo dokonce nulovou) hmotností.
1995 Po osmnácti letech hledání v různých experimentech a na různých urychlovačích objevili fyzikové z experimentů CDF a D0 ve Fermilab kvark top s neočekávaně velkou hmotností 175 GeV. V současné chvíli nikdo příliš nerozumí tomu, proč je jeho hmotnost tak výrazně odlišná od ostatních kvarků.


Main 
Timeline Zpět na hlavní stránku historie částic