{"id":8084,"date":"2021-08-09T09:54:36","date_gmt":"2021-08-09T07:54:36","guid":{"rendered":"http:\/\/naukowy.blog.polityka.pl\/?p=8084"},"modified":"2021-08-09T15:48:44","modified_gmt":"2021-08-09T13:48:44","slug":"podwojny-powab-poczwornej-czastki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2021\/08\/09\/podwojny-powab-poczwornej-czastki\/","title":{"rendered":"Podw\u00f3jny powab poczw\u00f3rnej cz\u0105stki"},"content":{"rendered":"\n
\"Model<\/figure><\/div>\n\n\n\n

W internecie kilka dni temu pojawi\u0142a si\u0119 informacja o odkryciu w CERN kolejnej cz\u0105stki: tetrakwarka Tcc+. Mo\u017cna przeczyta\u0107, \u017ce to egzotyczna cz\u0105stka o podw\u00f3jnie otwartym powabie. C\u00f3\u017c to znaczy?<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Ludzie od staro\u017cytno\u015bci zastanawiali si\u0119, czy materi\u0119 da si\u0119 dzieli\u0107 w niesko\u0144czono\u015b\u0107, czy te\u017c sk\u0142ada si\u0119 z niepodzielnych cz\u0105stek, najmniejszych jej sk\u0142adnik\u00f3w. Ten drugi pogl\u0105d zwyci\u0119\u017cy\u0142. Odkrywszy najmniejsze cz\u0105stki zachowuj\u0105ce w\u0142a\u015bciwo\u015bci danej substancji, nazwano je atomami, przywo\u0142uj\u0105c star\u0105 nazw\u0119 u\u017cywan\u0105 przez Demokryta z Abdery, oznaczaj\u0105c\u0105 niepodzielny<\/em>. Rozw\u00f3j fizyki pozwoli\u0142 roz\u0142o\u017cy\u0107 rzekomo niepodzielny atom, co wi\u0119cej, okaza\u0142o si\u0119 to zadanie do\u015b\u0107 proste i proces powszechnie wyst\u0119puj\u0105cy. Odkryto protony, neutrony, elektrony, o kt\u00f3rych uczy si\u0119 dzi\u015b w szko\u0142ach.<\/p>\n\n\n\n

Kolejne badania ujawnia\u0142y kolejne cz\u0105stki. Jednych si\u0119 spodziewano \u2013<\/span><\/span> r\u00f3wnanie Diraca opisuj\u0105ce elektron ma jeszcze drugie pr\u00f3cz elektronu rozwi\u0105zanie. Spe\u0142nia je cz\u0105stka o identycznej z elektronem masie i pozosta\u0142ych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach przeciwnych (a wi\u0119c dodatni zamiast ujemnego \u0142adunek itd.). A inne by\u0142y zaskoczeniem. Nie zawsze mi\u0142ym \u2013<\/span><\/span> bo psu\u0142y pocz\u0105tkow\u0105 prostot\u0119 modelu, wywo\u0142uj\u0105c wr\u0119cz irytacj\u0119.<\/p>\n\n\n\n

Kto to zamawia\u0142? \u2013<\/span><\/span> pyta\u0142 jeden z fizyk\u00f3w po odkryciu kolejnej niepasuj\u0105cej do niczego cz\u0105stki. Inny, zapytany przez studenta o jak\u0105\u015b rzadk\u0105 cz\u0105stk\u0119, odpowiedzia\u0142, gdyby potrafi\u0142 zapami\u0119ta\u0107 nazwy wszystkich odkrytych ostatnio cz\u0105stek, zosta\u0142by botanikiem. W pocz\u0105tkowo prostym systemie pojawi\u0142 si\u0119 bez\u0142adny t\u0142um coraz dziwniejszych cz\u0105stek, kt\u00f3rych istnienia nie potrafiono wyt\u0142umaczy\u0107.<\/p>\n\n\n\n

Pr\u00f3bowano je na r\u00f3\u017cne sposoby uporz\u0105dkowa\u0107, wprowadzaj\u0105c dodatkowe liczby kwantowe, takie jak dziwno\u015b\u0107. W ko\u0144cu przysz\u0142o ol\u015bnienie. Ot\u00f3\u017c cz\u0105stki takie jak proton i neutron zachowuj\u0105 si\u0119 niekiedy, jakby nie by\u0142y wcale cz\u0105stkami elementarnymi, nie mia\u0142y wewn\u0119trznej struktury, ale by\u0142y zbudowane z trzech element\u00f3w \u0142\u0105czonych oddzia\u0142ywaniem mi\u0119dzy nimi. Elementy te nazwano kwarkami<\/em> z uwagi na absurdalny cytat z ksi\u0105\u017cki Joyce\u2019a 3 kwarki dla Mister Murka<\/em> (tak wi\u0119c s\u0142owo kwark<\/em> pochodzi od niemieckiej nazwy twarogu<\/em>), a wi\u0105\u017c\u0105ce oddzia\u0142ywanie nazwano silnym<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

To ostatnie miano jest do\u015b\u0107 trafne, bo nie potrafimy kwark\u00f3w rozdzieli\u0107. Co wi\u0119cej, oddzia\u0142ywanie ro\u015bnie z odleg\u0142o\u015bci\u0105. Je\u015bli b\u0119dziemy rozszczepia\u0107 proton, musimy dostarcza\u0107 coraz wi\u0119cej energii. W ko\u0144cu energia przekroczy pewien pr\u00f3g \u2013<\/span><\/span> dwukrotno\u015b\u0107 masy kwarka \u2013 i zgodnie z wzorem Einsteina E = mcc przeistoczy si\u0119 w mas\u0119, generuj\u0105c kolejne cz\u0105stki (kwarka i jego antykwarka, czyli jego odpowiednik o tej samej masie i przeciwnych pozosta\u0142ych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach).<\/p>\n\n\n\n

Ca\u0142e zoo mo\u017cna teraz wyja\u015bni\u0107, wprowadzaj\u0105c zaledwie kilka kwark\u00f3w. Proton sk\u0142ada si\u0119 z dw\u00f3ch kwark\u00f3w g\u00f3rnych (u, od up<\/em>) o \u0142adunku dodatnim +2\/3 \u0142adunku elektronu (kt\u00f3rego warto\u015b\u0107 bezwzgl\u0119dn\u0105 przyjmiemy za 1) i jednego dolnego (d, down<\/em>) o \u0142adunku -1\/3. Neutron \u2013 odwrotnie, z dw\u00f3ch dolnych i jednego g\u00f3rnego. Dzi\u0119ki temu jego masa jest nieznacznie wi\u0119ksza od masy protonu, co czyni ten ostatni trwa\u0142ym, a nasze istnienie \u2013<\/span><\/span> mo\u017cliwym.<\/p>\n\n\n\n

W\u0142a\u015bciwo\u015b\u0107 g\u00f3rny\/dolny<\/em> nazwano zapachem. Nie ma ona oczywi\u015bcie nic wsp\u00f3lnego z w\u0119chem, ale jako\u015b j\u0105 nazwa\u0107 by\u0142o trzeba. Tak jak inn\u0105 w\u0142a\u015bciwo\u015b\u0107 kwarka nazwano kolorem, mimo \u017ce nie ma nic wsp\u00f3lnego z barw\u0105 \u015bwiat\u0142a. Mo\u017ce to by\u0107 myl\u0105ce, ale pozwala w miar\u0119 \u0142atwo t\u0142umaczy\u0107 w\u0142a\u015bciwo\u015bci kwark\u00f3w. Operuj\u0105c samymi zdaniami typu Bozony cechowania przenosz\u0105ce dane oddzia\u0142ywanie uto\u017csamia si\u0119 z elementami generatora grupy<\/a> Liego jego symetrii<\/em> – daleko nie zajdziemy. Obawiam si\u0119, \u017ce gdyby wypowiadaj\u0105cy takie zdania fizyk dozna\u0142 objaw\u00f3w psychotycznych w postaci formalnych zaburze\u0144 my\u015blenia i zacz\u0105\u0142 wypowiada\u0107 przypadkowe zbitki wyraz\u00f3w bez \u017cadnego sensu, wi\u0119kszo\u015b\u0107 z nas i tak nie odr\u00f3\u017cni\u0142aby ich od naukowych twierdze\u0144 z tej dziedziny.<\/p>\n\n\n\n

Dlaczego kolor? Mamy trzy barwy podstawowe: czerwon\u0105, zielon\u0105 i niebiesk\u0105, kt\u00f3re zmieszane razem daj\u0105 bia\u0142y. Trzy kwarki w cz\u0105stce musz\u0105 mie\u0107 pe\u0142en komplet trzech rodzaj\u00f3w tej nowej w\u0142a\u015bciwo\u015bci, przypominaj\u0105cej \u0142adunek (okre\u015blanej nieraz jako \u0142adunek kolorowy). A wi\u0119c ka\u017cdy z kwark\u00f3w w protonie mo\u017ce by\u0107 czerwony, zielony lub niebieski, przy czym kolory te musz\u0105 sumowa\u0107 si\u0119 do bieli. Powstaj\u0105ce w razie rozszczepiania protonu pary kwark-antykwark sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z kwarku w danym kolorze i antykwarku w jego antykolorze, np. z pary czerwony-antyczerwony (ten ostatni mo\u017cna wyobrazi\u0107 sobie jako cyjan).<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Neutron z\u0142o\u017cony z kwark\u00f3w udd<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Kolejne cz\u0105stki sk\u0142ada\u0107 si\u0119 mog\u0105 z dalszych generacji kwark\u00f3w. W pierwszej mamy u i d. W drugiej kwarki powabny (c, charmful<\/em>), kt\u00f3rego d\u0142ugo nie potrafiono wykry\u0107, i dziwny (s, strange<\/em>), dzi\u0119ki kt\u00f3remu wyr\u00f3\u017cnian\u0105 kiedy\u015b jako osobn\u0105 w\u0142a\u015bciwo\u015b\u0107 dziwno\u015b\u0107 cz\u0105stki mo\u017cna zredukowa\u0107 po prostu do liczby kwark\u00f3w s. Do trzeciej generacji nale\u017c\u0105 kwarki nazwane kiedy\u015b prawdziwym i pi\u0119knym (true<\/em>, beautiful<\/em>), ale tutaj fizycy stwierdzili, \u017ce tak wymy\u015blne miana to ju\u017c przesada, i wprowadzili bardziej przyziemne okre\u015blenia rozpoczynaj\u0105ce si\u0119 od tych samych liter t i b, tak wi\u0119c mamy kwark niski (bottom<\/em>, zwany tak\u017ce spodnim, i tak brzmi lepiej ni\u017c denny<\/em>) i wysoki (top<\/em>, szczytowy). \u0141adunki maj\u0105 w ka\u017cdej parze odpowiednio +2\/3 i \u20131\/3, a masy znacznie wi\u0119ksze od masy u czy d. Na tej podstawie ci\u0119\u017ckie cz\u0105stki sk\u0142adaj\u0105ce si\u0119 z trzech kwark\u00f3w nazwano barionami (od greckiego s\u0142owa oznaczaj\u0105cego ci\u0119\u017cki). Po\u015bredniej masy cz\u0105stki sk\u0142adaj\u0105ce si\u0119, jak si\u0119 okaza\u0142o, z pary kwark-antykwark nazwano mezonami.<\/p>\n\n\n\n

Dalsze badania wykaza\u0142y, \u017ce kwarki mog\u0105 tworzy\u0107 jeszcze wi\u0119ksze, egzotyczne cz\u0105stki. Zasada jest taka sama: ca\u0142kowity kolor musi sumowa\u0107 si\u0119 do bieli. W akceleratorach wykryto tetrakwarki sk\u0142adaj\u0105ce si\u0119 z czterech kwark\u00f3w, a nawet pentakwarki (pi\u0119\u0107 kwark\u00f3w). Zdarza\u0142o si\u0119, \u017ce cz\u0105stk\u0119 budowa\u0142y kwarki powabne, ale towarzyszy\u0142y im antykwarki antypowabne, wobec tego ca\u0142kowity powab by\u0142, jak to opisali autorzy, ukryty, gdy\u017c r\u00f3\u017cnica liczba cz\u0105stek powabnych \u2013 liczba cz\u0105stek antypowabnych wynosi\u0142a 0. Powab otwarty oznacza\u0142by za\u015b przewag\u0119 1 cz\u0105stki powabnej.<\/p>\n\n\n\n

Nowo odkryta cz\u0105stka zawiera dwa kwarki c oraz antykwarki u i d. W efekcie jej \u0142adunek sumuje si\u0119 do +1, a powab do 2. Mamy wi\u0119c podw\u00f3jnie otwarty powab. Co wi\u0119cej, w przeciwie\u0144stwie do wcze\u015bniej odkrywanych cz\u0105stek ten tetrakwark sk\u0142ada si\u0119 z dw\u00f3ch kwark\u00f3w ci\u0119\u017ckich i dw\u00f3ch lekkich antycz\u0105stek. Tetrakwarki rozpadaj\u0105 si\u0119 szybko na par\u0119 mezon\u00f3w. Jednak powstaj\u0105ce z rozpadu Tss+ mezony musia\u0142yby si\u0119 sk\u0142ada\u0107 z s i lekkiego antykwarka, suma ich mas nie by\u0142aby w istotnym stopniu ni\u017csza od masy wyj\u015bciowego tetrakwarka (masa cz\u0105stki nie jest sum\u0105 mas jej sk\u0142adowych, ale zale\u017cy w znacznym stopniu od energii scalaj\u0105cych cz\u0105stk\u0119 si\u0142<\/a>). Wi\u0119ksza masa produkt\u00f3w rozpadu czyni go mniej prawdopodobnym, co z kolei zwi\u0119ksza czas \u017cycia wyj\u015bciowej cz\u0105stki. Nierozpadaj\u0105ca si\u0119 w u\u0142amku mgnienia oka cz\u0105stka stanowi dogodniejszy obiekt bada\u0144. Fizycy ju\u017c si\u0119 ciesz\u0105 \u2013<\/span><\/span> cho\u0107 to tylko kolejne zwierz\u0119 w coraz liczniejszym zoo.<\/p>\n\n\n\n

Marcin Nowak<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ilustracje:<\/strong><\/p>\n\n\n\n