Kvarky majú zvláštnu vlastnosť, ktorej ešte vždy nie dokonale rozumieme. Vieme však, ako sa prejavuje – kvarky nemôžu existovať oddelene, ale iba v skupinách.
Hmota okolo nás sa skladá z atómov a molekúl. Keď zoberieme molekulu a roztrháme ju na jednotlivé atómy, všimneme si prvú zvláštnu vec – povaha hmoty sa zmenila. Napríklad, keď roztrháme molekulu jedlej soli, dostaneme žltozelený toxický plyn a mäkký striebristý kov.
Pevná väzba
Zoberieme jeden z atómov a ideme ho rozoberať ďalej. Pochytáme elektróny a dáme ich nabok. Zostáva nám odhalené atómové jadro. To sa skladá z neutrónov a protónov, trpezlivo ich jeden od druhého oddelíme – stojí nás to výrazne viac energie ako trhanie elektrónov. Ešte sme neskončili, medzi prstami nám zostáva jediný protón. V protóne sú tri kvarky. Jeden z nich chytíme a začneme ťahať, no nejde to. Drží naozaj pevne. Zavoláme všetkých naokolo a ťaháme 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 ang. glue, lepidlo). Pokúsime sa ešte raz, zatiahneme zo všetkých síl… a kvark povolil, vytrhli sme ho! Zaskočilo nás to, strácame rovnováhu a skotúľame sa na zem, kvark však pevne zvierame vo svojej dlani. Teda, aspoň si to myslíme. Staviame sa na nohy a ideme sa na svoj úlovok pozrieť. Otvoríme dlaň a tam nás čaká prekvapenie. Namiesto jedného kvarku sú tam dva. A čo viac, pozrieme sa na pôvodné jadro a tam sú stále tri kvarky ako na začiatku. Namiesto toho, aby sme len jeden kvark vytrhli, sme dva vytvorili.
Zhrňme si to: keď sa snažíme oddeliť dva kvarky od seba, spočiatku držia pokope, keď však dodáme dosť energie, oddelia sa – no zároveň vzniknú dva nové kvarky, ktoré osamotené kvarky ihneď doplnia. Tomuto správaniu sa hovorí uväznenie kvarkov (quark confinement).
Analógia slamky
Porozumieť tomuto správaniu je zložité. Existuje však zjednodušujúca predstava, ktorá v sebe nesie zrnko pravdy. Predstavme 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 vnútri vzniknú dva nová konce, jeden na každom konci slamky. Dajú sa kvarky oslobodiť? V podstate áno. Keď hmotu zohrejeme na dostatočnú teplotu, niečo pod dvoma biliónmi stupňov Celzia vznikne kvarkovo-gluónová hmota, hustá polievka, ktorá vypĺňala raný vesmír. Správanie kvarkov je síce prečudesné, no pre fungovanie hmoty – a teda aj nás – úplne kľúčové. Nie je zaujímavé, že otázka (ne) slobody je dôležitá aj na fundamentálnej fyzikálnej úrovni?
Touto oblasťou sa zaoberá kvantová chromodynamika. Kvarky totiž majú vlastnosť, ktorú voláme farba, no s normálnou farbou má spoločné len málo. Ide o formu náboja a pravidlo je také, že môžu existovať iba také častice (napríklad protóny), ktoré sú farebne neutrálne. Tým sa nemyslí, že sú šedé, ale že sa farebný náboj vnútorných častíc vyruší. V príklade so slamkou bol kvark a antikvark, pričom prvý z nich je napríklad zelený a druhý antizelený. Za toto zmätočné názvoslovie sa v mene fyzikálnej komunity ospravedlňujem.
Samuel Kováčik
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.
