Je to fascinujúci pád do hlbín vesmíru, pád do rozmerov takých malých, že ich nielenže nevidíme, ale si ani nedokážeme riadne predstaviť. Štartujme napríklad v obývačke.
Sedíte na gauči a pozeráte televíziu. Ten gauč, televízor, vlastne všetko, čo vás denne obklopuje, je zložené z rôznych látok. Každá jednotlivá látka je množstvom molekúl, a tie sú poskladané z atómov. Pokračujúc do ešte menších rozmerov by ste zistili, že atómy - napriek svojmu pôvodnému gréckemu označeniu - sa ďalej delia.
Ešte pred sto rokmi sme si to predstavovali ako zmenšené slnečné sústavy: elektróny krúžia okolo jadier, obiehajú protóny a neutróny v nich a všetko sú to základné častice.
Lenže protóny a neutróny základnými časticami nie sú a zabudnúť musíme aj na miniatúrne hviezdne systémy. Medzičasom sa teoretickí aj experimentálni fyzici vybrali do exotického sveta plného pravdepodobností a najskôr navrhli a potom v protónoch aj objavili kvarky. Domnelé elementárne častice – kým neobjavíme menšie.
Dobrý model a preóny
Podľa štandardného modelu sú to elementárne častice.
Ich existenciu predpovedali v šesťdesiatych rokoch, následne ich objavili.
V skutočnosti však môžu byť zložené z menších kúskov.
Štandardný model je označenie na skupinu rôzne previazaných fyzikálnych teórií, ktoré úspešne vysvetľujú časticový mikrosvet. Jeho predpovede súhlasia s výsledkami experimentov, dajú sa testovať – a testami prešli.
Dokonca aj tým nedávnym, keď detektory Veľkého hadrónového urýchľovača stopovali extrémne vzácnu udalosť: rozpad istej častice na dve iné.
Stačila malá odchýlka od predpovedí a rozprávať by sme mohli o novej fyzike. Nestalo sa. Napriek tejto praktickosti a zhode s pozorovaniami vieme, že štandardný model nedokáže vysvetliť všetko, čo vo vesmíre pozorujeme.
Pre teoretikov je to dobrá správa, ktorá otvára ohromné možnosti na hľadanie nových vysvetlení sveta. K najvzrušujúcejším patria také, v ktorých kvarky nie sú elementárnymi zložkami a samy sú poskladané z čohosi ďalšieho - nazvime to preóny.
„Veď to, že nejaká teória je dobrá pri vysvetľovaní všetkých súčasných meraní, ešte neznamená, že je tá jediná správna,“ zdôrazňuje pre New Scientist aj Randolf Pohl z Inštitútu Maxa Plancka.
Preverí experiment
Kvarky objavili koncom šesťdesiatych rokov. No už v nasledujúcom desaťročí sa začali vytvárať hypotézy, ktoré hovorili o ešte drobnejšom mikrosvete. Ako sú atómy zložené z protónov, neutrónov a elektrónov a trebárs protóny z troch kvarkov, samotné kvarky by boli poskladané z rôznych preónov: kvark up napríklad z troch.
Takýto model vyzerá na papieri dobre. Pokračuje totiž v logike objavov, ktoré sa za desaťročia urobili. Problémom je, že dodnes sme nezistili, či drobnejšie štruktúry v kvarkoch, ale trebárs aj bozónoch (sprostredkúvajú prenos síl) či leptónoch (to je napríklad elektrón) existujú.
„Fyzika je koniec koncov experimentálna veda,“ píše v magazíne Scientific American fyzik Don Lincoln. „Je úplne jedno, aká múdra je hypotéza, ak nesúhlasí s meraniami, je nesprávna.“
Čosi však naznačujú samotné kvarky. Na vysvetlenie hmotného vesmíru okolo nás, vesmíru, ktorý bežne zažívame, potrebujeme vlastne len dva najzákladnejšie z takzvanej prvej generácie. A elektróny. Vedci však objavili kvarkov šesť a leptónov rovnako, nerátajúc ich antičastice. Majú druhú a tretiu generáciu a tie sú výrazne hmotnejšie ako prvá - a ešte sa na ňu aj rozpadajú.
Pozrieť sa hlbšie
Podľa štandardného modelu sú kvarky aj leptóny – napríklad elektrón či mión - bodové častice s prakticky nulovou veľkosťou. To je dobrá aj zlá správa. Zlá preto, že všetky súčasné experimenty ukazujú, že to tak naozaj je. Dobrá, že to môžeme testovať.
„Všetky experimenty, ktoré hľadali preóny, však zlyhali,“ zdôrazňuje Lincoln, ktorý pracuje v americkom Fermilabe i pre Európsku organizáciu pre jadrový výskum (CERN). Našťastie, vďaka európskemu Veľkému hadrónovému urýchľovaču nemali fyzici ešte nikdy lepší nástroj na ich hľadanie.
Teoretici tak navrhujú dva spôsoby, ako zistiť, či elementárne častice nemajú zložky. Napríklad sledovať, či ich rozmer je naozaj nulový. Alebo sa pozrieť, či sa magnetický moment elektrónov a miónov nemení a ak áno, či sa to deje inak, ako hovorí štandardný model.
To by bol silný náznak ešte menšieho časticového zverinca. Náznak, že by sme mali pozrieť ešte hlbšie - hlbšie, ako sú elektróny a ich bratranci mióny a tau, hlbšie, ako je šesť rôznych kvarkov.
Už v antike si filozofi mysleli, že jestvujú najmenšie, najzákladnejšie a nedeliteľné kúsky v stavebnici sveta a nazvali ich atómy. Fyzika naše skutočné atómy rozdelila, ale tie teoretické, nedeliteľné atómy sme možno neobjavili.
Hlavný zdroj: Scientific American, 11/2012
