Částicové Zoo - W a Z bosony a slabá jaderná interakce
Bosony dostaly svůj název po indickém fyzikovi Satyendra Nathovi Bosem. Na první pohled jsou neviditelné. Jako samostatné částice neexistují. Na malou chvíli se vytváří jen při velice vysokých energiích v urychlovačích, aby se zase rychle rozpadly na jiné, lehčí částice.
V našem pomyslném částicovém Zoo poletují W a Z bosony (na první pohled nenápadné) kolem vodních nádrží, ke kterým se chodí napít i ostatní zvířata. Když vydržíte na jednom místě a nebudete se moc hýbat, uvidíte jejich kovově blyštivá těla, vznášející se nad vodou. Většinu svého života sice stráví v podobě dravé larvy pod vodní hladinou, o to poutavější je ale jejich zjev, když se z larvy vylíhne dospělá vážka.
Slabá jaderná interakce – jedna z podmínek pro vznik života
W a Z bosony jsou částicoví bratři, kteří zprostředkovávají slabou jadernou interakci, záhadnou a na první pohled nepříliš aktivní fyzikální sílu.
Hned druhý pohled ale odhalí zajímavou skutečnost. Vesmír, ve kterém neexistuje slabá jaderná interakce neumožňuje vznik života. Díky slabé jaderné interakci se rozpadají neutrony na protony. Její zásluhou se v původním vesmíru uchovalo velké množství vodíku, ze kterého se mohly tvořit hvězdy. Pokud by tato síla neexistovala, nacházela by se hmota v raném vesmíru ve formě helia. Ve vesmíru při jeho vzniku totiž panovala dostatečně vysoká energie na to, aby se mohla veškerá hmota (vodík) přeměnit na helium. Helium by také mohlo tvořit hvězdy, ve kterých by se spalovalo a ve kterých by se vytvářely těžší prvky. Tato hvězdy by ale byly daleko větší, hmotnější a vysílaly by do okolí intenzivnější záření, které by i ty sebemenší stopy života (v jeho dnešní, organické formě) ve vesmíru „vydezinfikovalo“.
Zatímco je Z boson elektricky neutrální, nese W boson elektrický náboj. Může se vyskytovat ve formě W+ nebo W-. Obě částice jsou zároveň svými antičásticemi.
V minulé kapitole jsme si povídali o jiné částici – fotonu. Ten zprostředkovává elektromagnetickou sílu, je nehmotný a žije prakticky věčně. W a Z bosony jsou jejich opakem. W boson je relativně těžký, váží zhruba 80x více než proton. Jeho život trvá jen kolem 3x10^-25s. Na rozdíl od elektromagnetické síly má slabá jaderná interakce také omezený dosah. Projevuje se jen do vzdálenosti zhruba 10^-18m, tedy jen tisíciny průměru protonu. O to zajímavější je fakt, že na samém počátku existence vesmíru, v době, kdy byla teplota vesmíru kolem 10^15 – 10^16 K, byly fotony a W a Z bosony nerozlišitelné – chovaly se stejně, jak se podařilo ověřit při experimentech v urychlovačích.
W bosony
W bosony se účastní většiny procesů jako virtuální částice. Na velice krátkou dobu vznikají z fluktuací vakua a pak znovu zanikají. To jim umožňuje účast i na takových jevech, které nemají dostatečnou energii, aby se při nich vytvořil reálný W boson.
Reálné W bosony se vědcům poprvé podařilo vytvořit v urychlovači v CERNu v roce 1983. Vznikají například při srážkách elektronů s pozitrony. Žijí ale ještě kratší dobu, než jakou fyzici udávají pro jejich virtuální bosonové kolegy - jen asi 3x10^-25s. Poté se rozpadají na lehčí částice. Třetina produktů jejich rozpadu je tvořena leptony, dvě třetiny hadrony (částicemi, složenými ze dvou nebo tří kvarků).
W bosony jsou to, čemu by se dalo říkat čarovné částice. Umožňují interakce mezi leptony i kvarky. Mění přitom jejich náboj a částečně i spin – základní vlastnosti částic. Ze záporně nabitého elektronu tak může emisí W- bosonu vzniknout elektronové neutrino, elektricky neutrální částice.
U kvarků umožňují W bosony druhovou přeměnu (mění jejich „vůně“ - flavours). Pozorujeme ji při radioaktivní „přeměně beta minus“, kdy se v neutronu mění jeden z down kvarků na up kvark a vytvoří tak z neutronu proton. Při této interakci vzniká z neutrálního neutronu pozitivní proton, zákon zachování náboje tedy vyžaduje, aby vyzářený W- boson byl elektricky záporný a nesl náboj -1. Samotný boson je jen virtuální a rozpadá se na elektron a elektronové antineutrino. Antineutrina se dokazují velice špatně, ale elektrony se projeví jako ionizující beta záření. Odtud pochází i název radioaktivní přeměna beta minus.
Z bosony
Také Z bosony se podílejí na „čarovné“ přeměně částic. Na rozdíl od W bosonu ale u kvarků nemění jejich „vůni“ (flavour). Zprostředkovávají interakci nejen elektricky nabitých, ale i neutrálních částic. Z bosony jsou svými vlastními antičásticemi. Žijí jen krátce a rozpadají se na 70 % hadronů (částic, složených z několika kvarků), 10 % elektricky nabitých párů leptonů (pozitron-elektron) a 20 % částic, které nejsme schopni detekovat. U těch se pravděpodobně jedná o neutrina.
Nejpopulárnějším procesem, na kterém se Z bosony podílí, je důkaz slunečních neutrin. Z bosony přenášejí kinetickou energii dopadajících neutrin na neutrony, které se rozpadají na protony a elektrony. Vzniklé elektrony se pak dají zachytit vhodnými detektory. Přítomnost elektronů tak prozradí existenci původních neutrin.
Příště: Částicové Zoo – gluony, vesmírné lepidlo
Dana Tenzler
Čínská sonda Chang-e 6 a její mise na Měsíci
Vesmírná sonda Chang-e 6 je další čínský přístroj, která se zabývá výzkumem Měsíce. O víkendu přistál na odvrácené straně Měsíce. Má dovézt zpět na Zemi vzorky tamní horniny.
Dana Tenzler
Egyptská modř
Seriál (o malířských barvách) se bude zabývat zajímavostmi ze světa pigmentů. Čím nejlépe začít? Jedním z nejstarších, lidmi uměle vyrobených pigmentů. Umělci ho používali už před několika tisíciletími.
Dana Tenzler
Hledání helia v exosférách exoplanet
Kolem hvězd v naší Galaxii krouží velké množství různých planet. Vědci se nyní věnují jejich atmosférám. Nová studie zaznamenala 17 planet s heliovou atmosférou a 40 planet bez ní. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Biologické stopy na exoplanetách
Jak se pozná, že se na cizí a slibně vypadající exoplanetě skutečně nachází život? Exoplanety jsou příliš daleko. Zbývá jen pozorování teleskopy. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Jakou barvu budou mít rostliny na exoplanetách?
Na exoplanetách může mít biosféra jinou barvu než je tomu na Zemi. Vědci našli argumenty pro existenci exoplanet s fialovými rostlinami. Jakou barvu mají rostliny na jiných planetách? (délka blogu 3 min.)
Další články autora |
Brutální útok nožem v Mannheimu, policista po něm bojuje o život
Šest lidí v pátek utrpělo zranění při útoku nožem na náměstí v centru německého Mannheimu, uvedla...
Ženě se do ruky zakousl pes. Muž, který jí přispěchal na pomoc, zvíře zabil
Ženu v Žihli na Plzeňsku vážně pokousal volně pobíhající pes. Na pomoc jí přiběhl příbuzný, který...
Nemocnému synovi vstříkla do krve vodu. Chtěla jsem, aby to skončilo, řekla
Mimořádně nešťastný případ matky samoživitelky a jejího vážně nemocného dítěte řeší Městský soud v...
Velký podfuk s výsluhou, nemocenská i v civilu. Policisté obírají stát o miliony
Premium Státu rapidně rostou výplaty výsluh pro policisty, hasiče, celníky či dozorce. Loni Česká republika...
Povodně zpustošily západní Čechy. Zasahovaly vrtulníky, sesuv zastavil trať
Části Česka o víkendu zasáhly bouřky provázené místy silným deštěm. Zejména na jihozápadě Čech...
Integroval se a naučil německy. Útočník z Mannheimu se i tak radikalizoval
Šok, který zalil Německo po pátečním útoku v Mannheimu, posiluje ještě jeden fakt. Muž, který...
Tusk varuje, že nad Evropou se stahují temné mraky. Volá po udržení jednoty
Na Polskem a celou Evropou se podle polského premiéra Donalda Tuska stahují černé mraky. Řekl to v...
Ukrajinci na Krymu vítězí, udělali z něj smrtící past. Rusové se jim neschovají
Premium Na Krymu Ukrajina poráží Rusko. Tak zní titulek týdeníku The Economist, který uvádí seznam...
V Beskydech spadlo za pondělní noc 140 milimetrů. Vodohospodáři vypouštějí přehrady
Českou republiku v noci na úterý zasáhly vydatné srážky, na mnoha místech hrozila povodeň. Na...
Obstála dětská opalovací kosmetika Lirene na horkém sluníčku?
Jaké jsou zkušenosti našich testerů a jejich dětí s dětskou opalovací kosmetikou Lirene? Ochránil pokročilý systém fotostabilních organických a...
- Počet článků 981
- Celková karma 18,44
- Průměrná čtenost 1285x