Látka - je to základní složka hmoty, která má určité vlastnosti a existuje v různých stavech: pevná látka, kapalina nebo plyn. Látka se však neskládá z něčeho abstraktního a nedostupného pro naše vnímání, ale z těch nejmenších částic, které jsou příliš malé na to, abychom je mohli vidět i pomocí silného mikroskopu.
Co je tou nejmenší částicí látky? Odpověď na tuto otázku plodí zájem a nepochopitelnost základní struktury hmoty. Podle moderní vědecké teorie je nejmenší částicí látky atom. Atom je nejmenší část prvku, která má své chemické vlastnosti. Skládá se z jádra, kolem kterého se pohybují elektrony v elektronovém oblaku.
Atom sám o sobě však také není nedělitelnou částicí. Na hlubší úrovni jsou nejmenší částicí látky tzv. elementární částice. Tyto částice mohou být kvarky, leptony, bosony a další.
Historie objevu
Existují různé verze historie objevu nejmenší částice hmoty.
Jedna z prvních zmínek o atomech pochází ze starověké řecké filozofie. Demokritos, který žil V 5.století před naším letopočtem, je považován za jednoho z prvních propagátorů teorie atomů. Předpokládal, že všechny věci se skládají z nepodstatných a nedělitelných částic, které nazval "atomy".
Ve středověku zůstaly starověké řecké myšlenky o nedělitelných částicích pouze teoretickými úvahami, které nemají žádné potvrzení o zkušenostech. Experimentální výzkum atomové struktury začal až v 19.století.
První, kdo navrhl konkrétní teorii struktury atomu, byl John Dolton. V roce 1803 publikoval svou hypotézu, že atomy jsou nedělitelné a nepodstatné částice různé hmotnosti. To se stalo výchozím bodem pro vývoj atomové teorie.
Následně byly objeveny další elementární částice, jako jsou protony a neutrony. Nejvíce se o této problematice zajímal Ernest Rutherford. Jeho experimenty ukázaly, že atomy se skládají z malého a kladně nabitého jádra, kolem kterého se pohybují elektrony.
Následně byly objeveny i nejmenší částice, jako jsou kvarky a leptony. Moderní výzkum elementárních částic pokračuje a každý nový objev nás přibližuje k úplnému pochopení struktury nejmenší částice hmoty.
Struktura atomu
Protony a neutrony jsou v jádru atomu, které zabírá jeho střed. Protony mají kladný elektrický náboj a neutrony nemají náboj a jsou neutrální. Hmotnost protonu a neutronu je blízce stejná a tvoří základní hmotnost atomu.
Kolem jádra atomu se pohybují elektrony na různých energetických úrovních. Elektrony mají záporný elektrický náboj a jsou stejné v počtu protonů v jádře. Vytvářejí oblak elektronů, který určuje objem atomu.
Strukturu atomu lze představit pomocí následující tabulky:
| Částice | Hmotnost (kg) | Nálož (Cl) |
|---|---|---|
| Proton | 1.67 x 10 -27 | +1.6 x 10 -19 |
| Neutron | 1.67 x 10 -27 | 0 |
| Elektron | 9.11 x 10 -31 | -1.6 x 10 -19 |
Poměr počtu protonů, neutronů a elektronů určuje typ atomu a jeho vlastnosti. Různé kombinace těchto částic tvoří různé prvky, které tvoří celou hmotu kolem nás.
Elementární částice
Existuje několik typů elementárních částic, které jsou klasifikovány podle svých vlastností. Dělí se na fermiony a bosony. Fermiony mají poloviční hodnotu spinu a jsou podřízeny Pauliho zákazu, který říká, že v jednom kvantovém stavu může být pouze jedna částice. Fermiony zahrnují elektrony, neutrina a kvarky.
Bosony zase mají celý význam a nepodléhají Pauliho principu zákazu. Tvoří pole, ve kterém může existovat mnoho částic ve stejném kvantovém stavu. Bosony zahrnují fotony, gluony a gravitony.
Pozorování a studium elementárních částic nám umožňuje lépe porozumět základním zákonům a principům, na kterých je vesmír postaven. To otevírá nové možnosti pro rozvoj vědeckých teorií a uplatnění získaných znalostí v praktických oblastech, jako je částicová fyzika, astrofyzika a nanotechnologie.
Je důležité poznamenat, že elementární částice jsou také základními stavebními kameny základních sil v přírodě.
Studium elementárních částic a jejich interakcí je jedním z klíčových úkolů moderní fyziky a představuje stálou oblast výzkumu a objevů.
Typy elementárních částic
Hadrony jsou zase rozděleny do dvou tříd-hadrony a mezony. Hadrony se skládají z elementárních částic zvaných kvarky. Kvarky zase mají různé chutě-horní, spodní, zvláštní, okouzlující, věrné a volné. Mezony jsou výsledkem spojení kvarku a starožitností.
Leptony jsou druhou kategorií elementárních částic. Jsou také rozděleny do několika typů-elektrony, miony, Tau leptony a jejich odpovídající neutrina. Leptony se od hadronů liší tím, že nejsou vystaveny silným interakcím a neobsahují kvarky ve svém složení.
Kromě toho existují také bosony - elementární částice s celým spinem, které jsou zodpovědné za silové interakce. Bosony mohou být gravitony, fotony, W A Z bosony a gluony.
Elementární částice jsou tedy pro fyziky obrovským zájmem a jejich studium umožňuje rozšířit naše znalosti o složení vesmíru a principech jeho fungování.
Standardní model elementárních částic
Kvarky - jsou to částice s polocelovým spinem, které tvoří protony a neutrony v atomových jádrech. Celkem je ve standardním modelu známo šest různých typů kvarků: nahoru, dolů, podivný, okouzlující, horní a spodní. Každý kvark má vlastnosti barevného náboje, což je základ pro silnou interakci.
Lepton - jsou to elektricky neutrální částice, které jsou také základní. Jsou známy tři generace leptonů: elektron a jeho neutrina, mion a jeho neutrina, Tau lepton a jeho neutrina. Leptony se nepodílejí na silné interakci a méně interagují s jinými částicemi.
Všechny částice standardního modelu, včetně kvarků a leptonů, jsou považovány za bodové, to znamená, že nemají žádnou velikost. Mohou však tvořit kompozitní částice, jako jsou protony, neutrony a atomy.
Standardní model také zahrnuje fotony, bosony W A Z A Graviton, ale tyto částice nejsou hmotné ani nejsou stavebními kameny hmoty.
Objev kvarků
Na počátku 20.století vědci předpokládali, že atomy jsou nedělitelné a nemají vnitřní strukturu. V roce 1917 však americký fyzik Ernest Rutherford navrhl model atomu, ve kterém je kladně nabité jádro obklopeno záporně nabitými elektrony.
Po dlouhou dobu zůstal koncept kvarků hypotetický a jejich existenci bylo možné pouze předpokládat na základě existujících dat. V roce 1968 však americký fyzik Murray Gell-Mann a jeho kolega Georg Zwai přehlédli pojem "kvark" tak úspěšně, že poprvé získali důkazy o jeho existenci a byli schopni popsat vlastnosti těchto elementárních částic.
Kvarky mají neobvyklou vlastnost-mají zlomkový elektrický náboj, který byl v rozporu s tehdy existujícími představami o částicích. Gell-Mann a Zwai navrhli, že kvarky by se měly spojit do skupin, aby vytvořily stabilní částice. Zavedli pojem "Quantová chromodynamika", který vysvětluje interakci kvarků a tvorbu četných částic.
Objev kvarků byl zlomovým bodem ve fyzice a tento objev získal v roce 1969 Nobelovu cenu za fyziku. Výzkum kvarků a vlastností elementárních částic od té doby pokračuje a umožňuje nám porozumět hlubším aspektům struktury hmoty a vesmíru jako celku.