Co je uvnitř atomu: Celé rodiny dalších částic

Co je uvnitř atomu: Celé rodiny dalších částic

Atomy jsou základní částicí běžné hmoty, o které si lidstvo několik staletí myslelo, že jsou zároveň nejmenší možnou částicí. Jenže uvnitř atomů je celá rodina dalších subatomárních částic. Seznamte se s jejími doposud objevenými členy!

Protonovi: kvarky a gluony na hromádce

Protonovi jsou velmi stará a úctyhodná rodina se stabilním výhledem do budoucnosti. Poprvé jsou zmiňováni již krátce po Velkém třesku, když vesmír zchladl natolik, že kvarky mohly uzavírat pevná spojenectví v jednotlivých protonech. Ano, schválně píšu spojenectví, protože proton není nedělitelný, jak se dříve předpokládalo.

Uvnitř protonu jsou tři menší části nazývané kvarky. Mezi sebou jsou poslepovány gluony – z anglického glue, lepidlo.

Proto představuje velmi stabilní svazek dvou kvarků u (jako up, horní) a jednoho kvarku d (jako down, dolní). Stabilita je tak velká, že doposud nebyl zaznamenán žádný případ, že by se toto spojení samo od sebe rozpadlo, proto se poločas rozpadu pouze odhaduje, a to na 1035 let.

Klepněte pro větší obrázek
Vnitřní struktura protonu: dva kvarky u a jeden kvark d. Zdroj: CC BY-SA 2.5 Arpad Horvath

Tato hodnota není „vycucána z prstu“. V minulých letech vědci budovali ohromné podzemní nádrže, ve kterých se kromě jiných pozorování snažili detekovat i rozpad protonu (například Super-Kamiokande). Poločas rozpadu protonu potom odvodili z velikosti nádrže a toho, že se jim nepovedlo žádný přirozený rozpad pozorovat.

Protony tvoří část jádra atomu, mají kladný elementární elektrický náboj +1e, který přitahuje elektrony z obalu atomu. Uvnitř jádra atomu by se ale měly stejně nabité částice navzájem odpuzovat a tudíž by nemělo existovat žádné jádro, které má v sobě více jak jeden proton. Pokud by existovala pouze elektromagnetická síla, bylo by tomu tak, ale na protony působí silná jaderná interakce, která drží celé jádro pohromadě. A kromě toho nejsou v jádře samy, mají tam o trošku hmotnější příbuzné – neutrony.

Mimochodem jako první pozoroval protony Ernest Rutherford v roce 1920.

Neutronovi: Dlouho jim to nevydrží

Podobně jako Protonovi je to také velmi stará a úctyhodná rodina. Na rozdíl od protonu se ale skládá ze dvou kvarků d a jenom z jednoho kvarku u. Z toho vyplývají různé vlastnosti neutronuve srovnání s protonem. Především je elektricky neutrální. To proto, že kvark u má náboj o velikosti +2/3e (e = elementární elektrický náboj) a kvark d oproti tomu má náboj o velikost –1/3e. Takže zatímco součet nábojů jednotlivých kvarků v protonu nám dá hezké +1e, v neutronu je to přesně 0.

Klepněte pro větší obrázek
Vnitřní struktura neutronu: dva kvarky d a jeden kvark u. Zdroj CC BY-SA 2.5 Arpad Horvath

Neutron mimo jádro atomu navíc nemá příliš velkou stabilitu. Ano, v jádře se drží, osamocený mimo jádro atomu se ale rozpadne přibližně do patnácti minut. Říká se tomu beta rozpad a opět za něj mohou kvarky. V podstatě dojde k tomu, že se jeden ze dvou kvarků d změní na kvark u a konečným důsledkem je přeměna neutronu na proton za současného vyzáření elektronu a elektronového antineutrina.

Samozřejmě to jde i na druhou stranu, kdy proton zachytí elektron, vytvoří s ním neutron a vyzáří elektronové neutrino. Tento jev se nazývá inverzní beta rozpad a dá se využít i v praxi při nízkoenergetických jaderných reakcích. Zjednodušeně se dá říci, že silná jaderná interakce drží pohromadě jádra atomů, zatímco slabá jednotlivé částice.

Elektrony: Proč jste pořád tak negativní?

Základní přehlídka subatomárních částic by nebyla úplná, kdybychom opomněli částici, která je motorem naší civilizace: elektron, věčně negativní souputník protonů a neutronů. Částice, která pohání všechny naše elektrická zařízení. Do nich proudí elektrony přímo z elektrárny, která přeměňuje mechanickou nebo tepelnou energii na elektrickou. Elektrony pohání i třeba mobilní telefon, kde jsou v akumulátoru rafinovaně uloženy do formy chemické vazby, aby se na požádání uvolnily a posloužily.

Klepněte pro větší obrázek
Orbitaly atomů vodíku, znázornění amplitudy pravděpodobnosti výskytu elektronu. Zdroj CC BY-SA 3.0 FlorianMarquardt

Pakliže protony a neutrony jsou svazky kvarků držících pohromadě díky slabé jaderné interakci, elektron je single. Je to základní, dále už nedělitelná částice, nosič elementárního elektrického náboje. Nukleony tvoří jádro atomu a elektrony potom jeho obal. Jsou to právě elektrony, které rozhodují o chemických vlastnostech jednotlivých prvků, které vážou mezi sebou atomy do molekul.

  • Nukleony: částice v jádru atomů, tedy protony a neutrony
  • Baryony: částice skládající se ze tří kvarků
  • Hadrony: částice skládající se z kvarků. Obecně baryony a dále mezony, tedy částice, které se skládají pouze z kvarku a antikvarku.
  • Leptony: elementární částice, dále nedělitelné, na které nepůsobí silná jaderná interakce

Je zajímavé, že elektron nemá rozměr. Jestliže můžeme říct, že proton je sice nesmírně maličká částice, ale pořád je to „kulička“, která má určitý průměr, o elektronu to neplatí. Jeho velikost nedokázal nikdo změřit a v současné fyzice neexistuje ucelená teorie, která by vysvětlovala, co vlastně elektron jako takový je.

V běžném životě se setkáváme hlavně s elektrony, ale existují i hmotnější příslušníci klanu, muony a tauony. A když už se o tom bavíme, musíme zmínit i různá neutrina – elektronové, muonové a taunové.

Zatímco druhy elektronů se drží ve své váhové kategorii, neutrina tolik slušnosti nemají a oscilují mezi jednotlivými druhy. Vědci na to přišli, když jim scházela elektronová neutrina ze slunečního záření a naopak jim přebývala muonová neutrina. Tato oscilace je jednou z velkých záhad současné fyziky.

Diskuze (17) Další článek: Blíží se konec čokolády? Buďte v klidu, oblíbená pochoutka jen tak nezmizí!

Témata článku: Věda, Vesmír, Mobilní telefon, Atom, Fyzika, Velký třesk, Chemie, Pozorovatelný vesmír, Nový material, Elementární částice, Vnitřní struktura, Jednotlivé prvky, Elektrické zařízení, Druhá strana, Neutrino, Běžný život, Náboj, Sluneční záření, Praktické využití, Kvark, Velká stabilita, Jádro, Stručný průvodce, Stejné množství, Celá rodina


Určitě si přečtěte

Byli tam! Důkazy o přistání na Měsíci, Lunochody i čínská sonda jsou vidět z vesmíru

Byli tam! Důkazy o přistání na Měsíci, Lunochody i čínská sonda jsou vidět z vesmíru

** Sonda LRO pořídila z oběžné dráhy Měsíce zajímavé snímky ** Jsou na nich vidět artefakty všech misí programu Apolla, které přistály na povrchu Měsíce ** Jde například o části lunárních modulů, rovery a dokonce i vlajky

Petr Kubala | 65

Praktické vychytávky, které si chcete doinstalovat do Windows

Praktické vychytávky, které si chcete doinstalovat do Windows

** Pokud vás nudí vzhled nabídky Start, snadno jej můžete změnit. ** Stejně tak existují programy na přidání záložek do programů. ** Spokojit se ani nemusíte se základním ovládáním hlasitosti.

Vladislav Kluska | 45

Acer Swift 7: Notebook tenký jako mikrotužková baterie

Acer Swift 7: Notebook tenký jako mikrotužková baterie

** Celý notebook včetně displeje se vejde pod 9 mm ** Výkon stačí pro kancelář, ale porazí ho stroje za třetinu ceny ** Ještě tenčí než předchozí generace, ale už ne tolik kompromisů

Tomáš Holčík | 34

Proč je pro obézní lidi tak těžké shodit nadbytečná kila?

Proč je pro obézní lidi tak těžké shodit nadbytečná kila?

** Obézním lidem selhávají mechanismy, jež je mají chránit před nadměrným příjmem potravy ** Mozek tlouštíků ignoruje hormon leptin varující před hromaděním tukové tkáně v těle ** Vědci nyní odhalili, jak to udělat, aby mozek otupený obezitou leptin opět vnímal

Jaroslav Petr | 46

Portál občana už funguje. Na státní web vypadá až překvapivě použitelně

Portál občana už funguje. Na státní web vypadá až překvapivě použitelně

** Portál občana už funguje, vyřídíte na něm první požadavky ** Funkce se budou postupně rozšiřovat ** Web je docela moderní a přehledný

David Polesný | 66

Tohle tak jednou zažít: Nová vzducholoď Airlander 10 s prosklenou podlahou

Tohle tak jednou zažít: Nová vzducholoď Airlander 10 s prosklenou podlahou

** Airlander 10 nabídne plavby vzduchem v interiéru s prosklenou podlahou ** Luxusní vzducholoď byla původně vyvíjena pro vojenské účely ** Počítá se s třídenními „kochacími“ výlety za poznáním

Karel Kilián | 7


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest: 13 grafických karet

Srovnání 7 dokovacích stanic s USB-C

Jak na perfektní noční fotografie

Kvalitní zdroje informací pro sebevzdělávání