O elementárnej častici, ktorá dala názov aj nášmu časopisu, sa v Slovenskom rozhlase, v relácii Solárium, zhovárala s doc. RNDr. Martinom Mojžišom, PhD., moderátorka Ľuba Šajdová. Keďže sme boli pri tom, dohodli sme sa, že to najdôležitejšie uverejníme aj v našom Quarku.
Nedeliteľný
Už Demokritos (v 4. stor. pred n. l. – pozn. red.) vyhlásil, že najmenšia čiastočka hmoty je atóm (nedeliteľný). Znamenalo to niečo najmenšie. Na sklonku 19. storočia bádatelia objavili elektrón, o ktorom sa neskôr ukázalo, že je súčasťou atómu a atóm – okrem elektrónov – sa skladá ešte z niečoho. To niečo objavili až v 20. storočí. Čiže po takmer dva a poltisícročí, ako ľudia predpokladali nedeliteľný atóm, ho aj dokázali, ale zároveň v priebehu niekoľkých desiatok rokov zistili, že aj atóm sa skladá z ďalších malých častí – elektrónu, protónu a neutrónu. A približne do šesťdesiatych rokov minulého storočia nastalo ďalšie názorové obdobie, že ide o koniec delenia. Potom však vedci prišli na to, že aj protóny a neutróny nie sú tými najmenšími.
Hľa – kvark!
Približne v šesťdesiatych rokoch sa prišlo na to, že protóny aj neutróny sa skladajú z ďalších častíc. Nazvali ich kvark (po anglicky quark) a vedci postupne vyrátali a dokázali, že ich je až šesť druhov. Nateraz sú pre nás už nedeliteľnými časticami, pretože v nich nevidíme žiadnu štruktúru. Každý z týchto šiestich kvarkov má svoj antikvark – tak, ako k elektrónu existuje pozitrón – takže ich je momentálne dvanásť. V porovnaní s ostatnými elementárnymi časticami sa vyznačujú osobitosťou – nikto ich nikdy nevidel osamotene, vždy iba v dvojiciach kvark-antikvark alebo trojiciach. Na to, aby sme z tohto zväzku vytrhli jeden von, by sme potrebovali nekonečne veľa energie.
Neexistuje presný matematický dôkaz, že je to pravda, ale existuje veľmi veľa experimentálnych náznakov, že je to tak. Môžeme to prirovnať pozorovaniu bunky pod mikroskopom, keď máme o nej len nepriame dôkazy, lebo to, čo sme v skutočnosti pod mikroskopom videli, bolo svetlo odrazené od bunky. V tomto zmysle sú kvarky experimentálne potvrdené do takej miery, že si to ani viac nemôžeme želať. Vieme, ako sa správajú v rôznych situáciách a na základe tohto správania vieme pochopiť obrovské množstvo rôznorodých javov. Napríklad o hydrodynamike a o počasí vieme veľa len zo základných vlastností vody. Nato, aby sme vymenovali základné vlastnosti vody, potrebujeme iba málo fyzikálnych veličín (tepelnú vodivosť atď). Analogické je to aj s elementárnymi časticami, ktoré majú niekoľko základných vlastností a všetky ostatné sa dajú vypočítať pomerne zložitými výpočtami. V prípade kvarkov neexistujú ľahké výpočty. Existujú len ťažké a veľmi ťažké.
Ako sa kvarky rozoznávajú?
Dostali zvláštne mená: horný, dolný, vrchný, spodný, pôvabný a podivný. Možno to hneď vyvoláva predstavu nejakých vizuálne zaujímavých útvarov. Veď nie veľa
fyzikálnych veličín je nazvaných tak romanticky – pôvabný a podivný. No musíme si povedať, že je to iba marketingový ťah. Mohli ich nazvať hoci aj bla, bla alebo bli, bli. Názvy nič neoznačujú. Vedci len chceli vyvolať záujem. V tom čase existoval vo fyzike elementárnych častíc istý problém, niektoré častice sa správali podivne, čudne. Fyzici ich pomenovali, že sú čudné. Zaviedli nejaké číslo ako vlastnosť a tie častice, ktoré mali túto vlastnosť, tak ich čudnosť bola plus alebo mínus. Tie, ktoré túto vlastnosť nemali, dostali čudnosť, podivnosť nula. Niečo ako elektrický náboj.
Americký fyzik Murray Gell-Mann prišiel s nápadom, že podivné sú tie častice, ktoré v sebe obsahujú tretí z kvarkov – tak ho nazval podivný. Tie dva zvyšné mali tú istú vlastnosť, akože patrili k sebe, tvorili dvojicu. Zhodou okolností fyzici tú dvojicu zapisujú ako stĺpček čiže nad seba. Odtiaľ dostali kvarky dostali názov horný a dolný a ten tretí podivný (lebo sa nachádzal v podivných časticiach). Hoci s tými tromi všetko pekne sedí, všetkému krásne rozumieme, ale jednej veci veľmi nerozumieme. A tak sa zrazu začala črtať vízia štvrtého kvarku. Čo keby bol za javmi, ktorým doteraz nerozumieme, štvrtý kvark? Štvrtý kvark nazvali pôvabný, lebo to zaujme verejnosť.
Fíha, čo to tam tí fyzici robia? povedia si. Namiesto nezrozumiteľného názvu, aha, takýto zvláštny! Dokonca, keď sa objavili ďalšie dva kvarky, predpovedané, očakávané a dokázané v laboratóriách, ich pôvodné názvy boli true a beauty (pravda a krása, pravdivý a krásny). Zo začiatočných písmen však vnikol iný názov – top a bottom (vrchný a spodný), lebo aj ony tvorili dvojicu.
Na čo je nám výskum elementárnych častíc?
Fyzici potrebujú získať peniaze – ako aj iní vedci – na drahé laboratórne zariadenia a experimenty alebo na učenie na univerzitách. Financie sú zväčša od daňových poplatníkov, ktorí netušia, kam ich peniaze putujú. No politici, ktorí o tom rozhodujú, tušia, kam idú peniaze… Vedci presviedčajú politikov, že je veda dôležitá. Pre technologické inovácie, pre vojenské aplikácie, a tak ďalej. Najmä tie vojenské aplikácie sú významné a ani jedna rozumná vláda silnej krajiny si nemôže dovoliť nepodporovať vedu. Je veľmi krátkozraké nepodporovať základný výskum, lebo nikdy nevieme, čo prinesie. Doterajší život nás učí, že priniesol veľmi užitočné veci. Základný výskum často vyzerá, že sú to úplné zbytočnosti. Koho zaujíma nejaký kvark? Koho počiatok vesmíru, koho nejaké hlúposti, či vzniká magnetický prúd, keď sa mení prúd v okolí cievky? V dobe, keď sa vedci ako Michael Faraday hrali s magnetickými poľami a cievkami, vyzeralo to ako úplná strata času a dnes nás obklopujú mikrofóny, rádiopríjimače, vysielače… Pre všeobecný pokrok, pre nové technológie, ale aj pre vojenské účely si politici nemôžu dovoliť nepodporovať základný výskum.
Upravila: Jana Matejíčková
