TLDR: I když znáte „jen“ Higgsův boson, LHC pokračuje v objevování mnoha (předpovězených) částic a zlepšování povědomí o základních stavebních kamenech, inu, všeho! Oznámení tuna.

Žeň objevů v lhc

Když se před mnoha, mnoha (asi 11) lety zapínal velký urychlovač LHC v CERNu, krom obav z aktivace apokalypsy měli mnozí lidé problémy pochopit, co se tu vlastně bude dělat. OK, vědátoři tu hledají „božskou částici“ – ale tu už dnes našli! Skrze nedávné oznámení toho, jak CERN pokračuje v katalogizaci částic, si to tedy celé dnes vysvětlíme.

Částice jsou základní stavební kameny, inu, všeho. Když přivřeme oči, uši a jiné otvory, lze si je představit jako takový „zdrojový kód“ vesmíru. To, jaké částice mají vlastnosti, dává vlastnosti dále nejen hmotě, ale i řadě fyzikálním jevům. U Higgsova bosonu třeba hmotnosti. Vtip je v tom, že částice vznikají častokrát skrze kolize jiných částic. Tak se dělo (a děje) uvnitř obřích supernov a podobných kataklyzmat – ale LHC je s to srážet částice bezpečně a kontrolovaně i bez supernovy. A dělá tak i poté, co se našel Higgsův boson…

Víte, kolik částic se už objevilo na urychlovači LHC v CERNu? Možná nevíte a možná řeknete jedna – právě Higgsův boson. Objev Higgsova bosonu je skutečně největším úspěchem LHC a po právu byla hned po jeho objevu udělena Nobelova cenu lidem, kteří ho předpověděli. Ale nepleťte se! LHC je totální továrna na objevy částic – už jich tu místní objevila 60!

To zní, jako že se v CERNu zbořila fyzika. Ale na 59 z tohoto numera jsou takzvané složené částice, jejichž existenci teoretici prostě očekávali. Ale i tak! 59 je úctyhodné číslo a navíc několik těch částic má pěkně pozoruhodné vlastnosti. Hned si to vysvětlíme…

Letem světem částicemi

V současné době teoretičtí vědátoři věří, že existuje 17 druhů elementárních – tj. dále nedělitelných – částic, ze kterých se skládá všechno ostatní, co známe z běžné zkušenosti: lidi, vědci, psi, kočky, králíci, srnky, stromy, Elon Musk, Země, Slunce, koronavirus, Pamela Anderson, Dukovany, atomová jádra a další.

Šest elementárních částic jsou takzvané kvarky, o kterých se věří, že v podstatě nemůžou existovat volně  – tedy, že se jich vždy musí několik svázat dohromady a vytvořit tak nějakou složenou částici. Nejběžnější částice složené z kvarků jsou proton a neutron, které tvoří jádra atomů. Vynecháváme fčil zcela extrémní stav hmoty zvaný kvarkovo-gluonové plazma, ve kterém volné kvarky existují, kterým to nebudeme komplikovat, takže tohle souvětí pronto zapomeňte…

Důležitější je, že kvarky se dovedou skládat i do řady jiných forem a tvarů, a jejich postupné poznáváním nám říká o povaze hmoty víc.

Každý z nich se skládá ze tří kvarků, ale jsou to kvarky různého druhu – proton ze dvou kvarků u a jednoho kvarku d, zatímco neutron je ze dvou kvarků d a jednoho kvarku u. Kromě částic ze tří kvarků jsou ještě přípustné částice z páru kvark-antikvark. Svého času lidem pěkně zamotaly hlavu tzv. podivné mezony, které se skládají z kvarku s (s jako strange) a nějakého antikvarku – třeba anti-d, nebo anti-u. Můžou být i z antikvarku anti-s a nějakého kvarku – třeba u.

Ještě se chytáte? Kvarky jsou zkrátka takové částicové LEGO. No a v CERNu jsou tak obětaví, že si skrze postupné prošlapávání podlahy vesmíru do nohou zabodávají stále nové a nové kousíčky!

Těsto vesmíru dokořán

Jedeme dále. Tak už máme dvě možnosti, jak vytvářet částice složené z kvarků – buď tři kvarky, nebo pár kvark-antikvark. V úvahu připadají i tři antikvarky. A vezměte si, že typů kvarků, které se můžou takhle spolu vázat, je pět. Nejtěžší kvark – top – se totiž vždy rozpadne dříve, než si k sobě stihne najít kamarády. Numero pět každopádně dává už pěknou řádku kombinací! Navíc z každé konkrétní kombinace kvarků či antikvarků můžete vytvořit mnoho různých částic, které se od sebe liší hmotností. Vědci si je představují jako excitované stavy dané kombinace kvarků.

A teď to teprve přijde! Před pár lety vědci z CERNu a z KEKu (japonská částicová labina) zjistili, že další přípustné možnosti, jak svázat kvarky dohromady, jsou dva kvarky plus dva antikvarky a také čtyři kvarky a jeden antikvark. Té první možnosti se říká tetrakvark a té druhé pentakvark. Tento objev potvrdil po padesáti letech doměnku zakladatelů kvarkového modelu Gell-Manna a Zweiga. Na začátku března letošního roku ohlásil CERNský experiment LHCb objev hned čtyř nových tetrakvarků.

To není objev na úrovni Higgsova bosonu, ale v reálu je to objev neméně důležitý! Teorie kráčí zjevně správným směrem, ale bez experimentu bychom ji nedokázali doplňovat. A co jiného by hergot měla věda poznávat, než těsto, ze kterého se uhnětl celý vesmír! A více téhož by snad již v nejbližší generaci mohl odhalit ještě větší urychlovač (s nímž se jistě opět budou pojit „obavy“ z konce světa…).

No není to cool objevit si svoji částici? Pojďte pracovat do CERNu – ta vaše čeká právě na Vás!

[Vojtěch Pleskot]

A co nová fyzika? Víc o ní ve shrnutí nedávného oznámení níž!

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]