4. decembra 2020
Quark confinement

O neslobode kvarkov

Hmota okolo nás sa skladá z atómov a molekúl. Keď zoberiete molekulu a roztrháte ju na jednotlivé atómy, všimnete si prvú zvláštnu vec – povaha hmoty sa zmenila. Roztrhali ste molekulu jedlej soli a dostali ste žltozelený toxický plyn a mäkký striebristý kov, zvláštne, nie? Zoberiete jeden z atómov a idete ho rozoberať ďalej. Pochytáte elektróny, jeden po druhom a dáte ich bokom. Zostáva vám odhalené atómové jadro. To sa skladá z neutrónov a protónov, trpezlivo ich jeden od druhého oddelíte – stojí vás to výrazne viac energie, ako trhanie elektrónov. Ešte ste neskončili, „medzi prstami“ vám zostáva jediný protón.

V protóne sú tri kvarky. Jeden z nich chytíte a začnete ťahať, no nejde to! Drží naozaj pevne. Zavoláte všetkých naokolo a ťaháte, ako dedko repku. Stále nič, kvark v protóne drží ako prilepený. Toto označenie sedí, okrem kvarkov sa v jadre nachádzajú aj „lepidlové častice“, takzvané gluóny (z anglického glue, lepidlo). Pokúsite sa ešte raz, zatiahnete zo všetkých síl … a kvark povolil, vytrhli ste ho! Zaskočilo vás to, strácate rovnováhu a skotúľate sa na zem, kvark však pevne zvierate vo svojej dlani. Teda, aspoň si to myslíte. Staviate sa na nohy a idete sa na svoj úlovok pozrieť. Otvoríte dlaň a tam vás čaká prekvapenie. Namiesto jedného kvarku sú tam dva! A čo viac, pozriete sa na pôvodné jadro a tam sú stále tri kvarky, ako na začiatku! Namiesto toho, aby ste len jeden kvark vytrhli, ste dva vytvorili!

Kvarky majú zvláštnu vlastnosť, ktorej stále nerozumieme dokonale. Vieme však, ako sa prejavuje – kvarky nemôžu existovať oddelene, len v skupinách. Čo sa stane, ak sa snažíte oddeliť dva kvarky od seba? Spočiatku držia pokope, ak však dodáte dosť energie, oddelia sa – no zároveň vzniknú dva nové kvarky, ktoré osamotené kvarky ihneď doplnia. Tomuto správania sa hovorí uväznenie kvarkov (quark confinement). Kvarky nedokážu existovať osamote.

Ako tomuto správaniu rozumieť? Asi vás neprekvapí, že je to zložité. Existuje však pekná zjednodušujúca predstava, ktorá v sebe nesie zrniečko pravdy. Predstavte si dlhú farebnú slamku. Jej konce predstavujú kvarky, samotná slamka predstavuje niečo, čo ich drží pokope. Ak začnete za konce ťahať, slamka sa roztrhne – a vo vnútri vzniknú dva nová konce, jeden na každom konci slamky.

Bezútešná snaha roztrhať pár kvarku a antikvarku.

Dajú sa kvarky oslobodiť? V podstate áno! Keď hmotu zohrejete na dostatočnú teplotu, niečo pod 2 biliónmi stupňov Celzia, vznikne kvark-gluónová hmota, hustá polievka, ktorá vypĺňala raný vesmír! Správanie kvarkov je síce pračudesné, no pre fungovanie hmoty – a teda aj nás – úplne kľúčové. Nie je zaujímavé, že otázka (ne)slobody je dôležitá aj na fundamentálnej fyzikálnej úrovni?

[Samuel]

PS: Touto oblasťou sa zaoberatá kvantová chromodynamika. Kvarky totiž majú vlastnosť, ktorú voláme farba, no s normálnou farbou má spoločné len pramálo. Ide o formu náboja a pravidlo je také, že môžu existovať len také častice (napríklad protóny), ktoré sú farebne neutrálne. Tým sa nemysí, že sú šedé, ale že sa farebný náboj vnútorných častíc vyruší. V príklade so slamkou bol kvarku a antikvarku, kde je prvý z nich je napríklad zelený a druhý antizelený. Za toto zmätočné názvoslovie sa v mene fyzikálnej komunity ospravedlňujem.

Pridaj komentár