Diskuse pod příspěvkem o produkci „molekulárního pozitronia“ ukázala, že alespoň pro část čtenářů Osla je tato tématika zajímavá. Proto bych si dovolil napsat přehled dosud pozorovaných a některých možných vázaných systémů, ve kterých se vyskytuje částice a antičástice. Jak bude vidět, jde stále o systémy velmi exotické, jejichž produkce je opravdu náročná. Tím je dána i nepříliš ujasněná česká (i anglická) terminologie jejich názvů. Na druhé straně však jsou tyto objekty sondami umožňujícími testovat fundamentální zákonitosti našeho světa.
Hned na začátku bych chtěl zdůraznit, že jak v povídání tak i v nadpisu se omezuji na systémy vázané elektromagnetickou silou. Systémy částice a antičástice vázané silnou interakcí jsou totiž běžné. Jedná se o dobře známé mezony, které jsou složeny z kvarku a antikvarku. Existuje jich velké množství a doba života těch nejstabilnějšího z nich (například nabitých pí a K mezonů) je v řádu desítek nanosekund (10-8s).
Takže rychle k objektům našeho zájmu, které jsou vázány elektrickými silami. Ve zmíněném příspěvku se rozebíral případ pozitronia. V tomto případě se jedná o vázaný systém elektronu a pozitronu, které obíhají kolem společného těžiště. Od atomu se liší hlavně tím, že se jedná o dvě stejně hmotné částice. To je velký rozdíl od vodíkového atomu, kde je hmotnost protonu více než o tři řády větší než hmotnost elektronu. Ovšem povaha síly, které je drží pohromadě jsou stejné. Trochu to připomíná rozdíl mezi systémem dvojhvězdy a hvězdy s planetou. Rozměry pozitronia jsou tak zhruba dvojnásobkem rozměru atomu vodíku. Jeho doba života závisí na tom, jaká je orientace spinu (vnitřního momentu hybnosti) elektronu a pozitronu, které systém tvoří. Jestliže jsou spiny orientovány v opačném směru, hovoříme o parapozitronium. Když je orientace jejich spinů souhlasná, hovoříme o orthopozitronium. Parapozitronium při své anihilaci produkuje dva fotony a jeho doba života je zhruba 0,125 nanosekundy. Způsob rozpadu i dobu života orthopozitronia silně ovlivňuje zákon zachování momentu hybnosti. Protože fotony mají spin 1 a elektron i pozitron 1/2, musí při anihilaci orthopozitronia vznikat tři fotony. Anihilace tak nastává s mnohem menší pravděpodobností a doba života je o tři řády delší, okolo 142 ns. Taková je situace ve vakuu. V materiálu je vysoká pravděpodobnost, že pozitron v orthopozitroniu anihiluje dříve s nějakým volným elektronem, který má stejnou orientaci spinu, za vzniku dvou fotonů. Jeho doba života v takovém prostředí je menší než jedna nanosekunda.
Pozitrony pro výrobu pozitronia se většinou získávají v rozpadu beta plus uměle připravených radioizotopů. Pozitronium vzniká záchytem pozitronu elektronem po jeho zpomalení účinkem ionizačních ztrát ve většině případů ve vzbuzeném stavu. Nějakou chvíli trvá než elektron a pozitron postupně „přeskáčou“ do základního stavu. Přitom vyzařují energii v podobě fotonů s přesně danou energií. Detekce těchto fotonů nám umožňuje tyto systémy velice přesně studovat. V základním stavu pak pozitronium po době dané zmíněnou dobou života anihiluje.
Ke studiu přechodů v tomto systému lze využít metodu atomové laserové spektroskopie. Je to příklad metody, která dokáže měřit s fantastickou přesností a přinesla nám již dříve řadu poznatků. Například pomocí velice přesného měření hyperjemné struktury přechodů v atomu vodíku. Používá se i při studiu řady dalších námi diskutovaných systémů, takže si připomeňme její principy. Laserem budeme produkovat fotony s přesně definovanou vlnovou délkou (musíme ji mít možnost měnit). Atom (nebo jiný kvantový systém) pohlcuje fotony s přesně danou vlnovou délkou a dostává se do excitovaného stavu. Při své deexcitaci vyzařuje fotony, které se detekují. Budeme-li měnit vlnovou délku světla laseru dopadajícího na atom, budeme pozorovat vyzařování fotonů vybuzeným stavem jen pro její přesně danou hodnotu. Pokud vlnovou délku dokážeme měnit s vysokým rozlišením, určíme z vysokou přesností i energii příslušného excitovaného stavu (pozorujeme příslušnou rezonanci).
V příspěvku J. Pazdery jsme si přečetli, že se podařilo pozorovat existenci vázaného systému dvou pozitronii, který se dá označit jako molekulární pozitronium. Využívá se toho, že velmi koncentrovaný oblak pozitronů (asi milión částic), získaných v pasti a akumulátoru pozitronů, byl vyvržen do porézního křemíku. V pórech existovaly oblasti s malým obsahem elektronů a vzniklá orthopozitronia, která tam difundovala, mohla žít dobu blízkou té ve vakuu. Při dostatečné hustotě takto vzniklých pozitronií mohlo vzniknout i pozitronium molekulární.
Zpomalovač antiprotonu v laboratoři CERN (zdroj CERN)
Elektron má velice podobného „bratra“, který je však zhruba dvou tisíckrát těžší. Je označován jako mion. V principu by asi mohl existovat vázaný systém mionu a antimionu. Tedy těžší obdoba pozitronia. Mohl by se třeba označovat jako mionium, kdyby už tento název nebyl použit pro systém, o kterém se zmíníme až za chvíli. Problém s jejich případnou produkcí je, že miony se produkují, podobně jako jiné antičástice, ve vysokoenergetických srážkách částic. To znamená, že miony i antimiony jsou produkovány s velmi vysokými kinetickými energiemi. Je třeba je zpomalit.
Dokážeme standardně produkovat tzv. mionové atomy i molekuly, ve kterých je elektron nahrazen mionem. Tím, že je mion těžší, je jeho dráha blíže jádru, Proto můžeme pomocí takového systému například určovat rozměry a tvar jádra. K výrobě vázaného systému mionu a antimionu by však bylo potřeba vyrobit dostatečné množství pomalých mionů i antimionů současně a promíchat je. To je složité i proto, že doba životu mionu je jen o něco málo větší než dvě mikrosekundy, pak se rozpadá. Takže je složité připravit dostatečně hustý oblak mionů, do kterého bychom antimiony přivedly a dostali jejich vázaný systém. Proto se zatím podařilo vyrobit a zkoumat pouze systém složený z antimionu a elektronu, protože připravit prostředí s dostatečnou hustotou elektronů není problém. Nejlepší způsob jeho výroby je záchyt elektronu kladným antimionem, který se zastavil ve vhodném materiálu (často se využívaly vzácné plyny). A právě tomuto systému se přiřadil název mionium. Také u něho se zkoumá struktura vzbuzených stavů pomocí laserové spektroskopie. Pochopitelně, že by mohl existovat i systém pozitronu a mionu, ale jeho příprava bude velmi komplikovaná. Pokud se jedná o názvosloví, tak je v této oblasti nejzamotanější. Jako mionium se většinou označuje zmíněný systém elektronu a antimionu, ale někdy i systém mionu a antimionu a často i mionové atomy.
Další produkované a studované systémy už mají daleko větší hmotnost. Jejich produkce je závislá na našich možnostech produkce pomalých antiprotonů, které obsahují. Jako první si zmiňme protonium (název se používá v analogii s pozitroniem), kterému se taky někdy říká antiprotonový vodík. V tomto případě se jedná o vázaný systém protonu a antiprotonu. Produkuje se ve srážkách velice pomalých antiprotonů s protony. Takový systém má v materiálu velmi krátkou dobu života. Ve vakuu by však mohla jeho doba života dosahovat až mikrosekundy. Kromě dřívějších nepřímých náznaků vzniku protonia se jeho prokázaná produkce podařila až experimentu ATHENA v evropské laboratoři CERN v minulém roce. Stejně jako pro hromadnou přípravu antivodíku se používá zpomalovač antiprotonů (o výrobě antivodíku viz. například zde).
Potvrdila se doba života ve vakuu v řádu mikrosekund a tím se otevřela cesta ke studiu jeho struktury. Velmi užitečné by bylo studium přechodů mezi vzbuzenými stavy tohoto systému. Dala by se tak určit s velmi vysokou přesností hmotnost antiprotonu a mohli bychom ji porovnat s hmotností protonu. Zatím je však využití takové možnosti pouze na začátku.
Na práci experimentu ATHENA navazuje spolupráce ALPHA (zdroj CERN)
Mnohem lépe prostudovaným systémem je antiprotonové helium, což je systém složený z jádra helia a jednoho elektronu, druhý elektron je nahrazen antiprotonem. Někdy se pro takový systém i v češtině používá název atomkule (jde o takový hybrid mezi atomem a molekulou) nebo se spolu s protoniem označují jako baryonový atom (antiproton i proton se řadí k baryonům). Objev tohoto systému lze spojit s rokem 1991 a laboratoří KEK v Japonsku, kde byla pozorována anomálně dlouhá doba života antiprotonů při průchodu terčem z hélia. Právě to se vysvětlilo relativně dlouhou dobou života antiprotonového helia v materiálu (v řádu mikrosekund). V posledních letech se antiprotonové helium intenzivně produkuje a studuje v již zmíněné laboratoři CERN. Takový systém se dokonce může připravovat ještě jednodušeji než antivodík a jeho studium, stejně jako studium antivodíku, by mělo umožnit studovat rozdíly mezi hmotou a antihmotou.
Schéma antiprotonového helia a struktura jeho hladin. Převzato z práce T. Yamazaki et al.: Antiprotonic helium, Elsevier preprint 29. 8. 2001
V laboratoři CERN na výzkumech antiprotonového helia pracuje hlavně experiment ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons). Tomuto experimentu se daří studovat jak antiprotonové helium s izotopem 4He tak i s izotopem 3He. Navíc se jim daří připravovat a studovat antiprotonové helium v ionizovaném stavu s dobou života okolo 100 ns. Zde jde o dvoučásticový systém antiprotonu a helia bez elektronu. Jedná se tak o objekt velice podobný atomu s jedním elektronem, který semiklasickým způsobem počítal už N. Bohr a velice jednoduše a přesně dokázal popsat přechody například v jádru vodíku. I u iontu antiprotonového helia tak můžeme relativně jednoduše dostat příslušné vztahy. Pokud změříme energii těchto přechodů, můžeme pak pomocí nich určit velice přesně poměr mezi hmotností antiprotonu a elektronu. V případě, že využíváme neutrální antiprotonové helium, je třeba spočítat korekce na přítomnost třetí částice - elektronu.
Při zkoumání antiprotonového helia je třeba řešit problém, že dokážeme zatím produkovat jen relativně velmi malý počet těchto objektů. Antiprotony prolétají terčem z helia, zastavují se a jen asi 3% z nich vytvoří metastabilní antiprotonové helium, které má dobu života zhruba 3-4 mikrosekundy. Ostatní anihilují „okamžitě“. To ztěžuje využití klasické atomové laserové spektroskopie. Proto se vymyslela nová metoda. Využívá toho, že různé stavy antiprotonového helia mají různé doby života (závisí na jejich momentu hybnosti a dalších vlastnostech. Vlnová délka fotonů z laseru se nastavuje tak, aby umožnila přeskok mezi dvěma stavy, z nichž první zajišťuje relativně dlouhou dobu života a druhý, do kterého po pohlcení fotonu antiprotonové helium přejde, rychlou anihilaci. Měříme dobu, za jak dlouho dojde k anihilaci antiprotonu. Při dosažení příslušné správné vlnové délky (nastane rezonance) prudce poklesne počet opožděných anihilací.
V minulém roce (2006) se podařilo dosáhnout při měření několika přechodů v antiprotonovém heliu pomocí pulzního laseru velmi vysoké přesnosti v měření poměru hmotnosti antiprotonu a elektronu – na devět platných cifer. Tato hodnota je v mezích přesnosti shodná s hodnotou poměru mezi hmotnostmi protonu a elektronu. Vybíjení vzniklého antiprotonového helia probíhalo v řádu mikrosekund.
V současné době se skupiny využívající svazky zpomalených antiprotonů v laboratoři CERN intenzivně připravují na další etapu výzkumu antihmoty a různých systému složených z antičástic i kombinace antičástic a částic. Vznikla nová spolupráce ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus). Jaký je jejich hlavní úkol? Jedná se o velmi přesná měření energie elektromagnetických přechodů u těchto objektů. Ty se dají využít pro určení případného rozdílu mezi hmotnostmi nebo velikostmi náboje u částice a odpovídající antičástice. Připomeňme si, že v našem případě vždy určujeme setrvačnou hmotnost a tedy studujeme poměr setrvačné hmotnosti částice a antičástice. Ta by podle obecné teorie relativity měla být shodná s gravitační, ale porovnávání gravitačních hmotností hmoty a totožné antihmoty bude mnohem náročnější. Jestliže jsou setrvačná hmotnost a velikost náboje shodné, platí tzv. CPT symetrie. To znamená, že fyzikální zákonitosti se nemění, jestliže zaměníme všechny částice v daném procesu za antičástice (C–symetrie), děj zobrazíme zrcadlově v prostoru (P–symetrie) a změníme tok času (T–symetrie). Původně se myslelo, že v přírodě platí i každá z těchto symetrií zvlášť. Pak však paní Chien-Shiung Wu prokázala v roce 1956 nezachování P–symetrie v rozpadu beta. Ukázalo se, že v téměř všech procesech se toto narušení vyrovnává narušením C–symetrie v opačném směru, takže kombinovaná CP-symetrie se zachovává. Přesto se našly, prozatím jen dva, procesy (rozpad neutrálních K a neutrálních B mezonů), kde se i tato kombinovaná symetrie narušuje. To znamená, že se musí narušovat i T-symetrie tak, aby se zachovávala kombinovaná CPT–symetrie. Narušení CP–symetrie je i jedním ze základních předpokladů vysvětlení vzniku přebytku hmoty nad antihmotou na počátku vesmíru (podrobněji zde).
CPT–symetrie stojí v základech speciální teorie relativity a zatím vše nasvědčuje tomu, že se plně a bez výjimky zachovává. Přesto je velmi důležité tento fundamentální fyzikální princip neustále co nejpřesněji testovat. A k tomu slouží právě studium námi popisovaných systémů.
Schématický nákres experimentu DIRAC (zdroj stránky projektu DIRAC)
Úplně nakonec jsem si nechal systémy, které obsahují mezony. Jednak jsou většinou velice krátce žijící (doby života mají většinou o více než pět řádů menší) a jak už jsem se zmiňoval na začátku, jsou samotné mezony složeny z částice a antičástice. A také s názvoslovím je to asi nejsložitější. Jako pionium se označuje jak vázaný systém záporného a kladného mezonu pí, tak i vázaný systém mionu a nabitého pí mezonu a dokonce i systém složený z elektronu a kladně nabitého pí mezonu. Zdůrazněme, že i vázaný systém kladného a záporného pí mezonu je držen pohromadě elektrickou silou. Systém s doba života je v řádu femtosekund (10-15s) byl poprvé produkován na urychlovači v ruském Serpuchově a podrobněji studován experimentem DIRAC (DImeson Relativistic Atom Complex) v laboratoři CERN. Experiment, jak už plyne z názvu, je na takové systémy zaměřen. Snaží se tam studovat i ještě exotičtější vázané systémy nabitých pí a K mezonů. I s názvu experimentu je vidět, že i v tomto případě se při hledání názvu sáhlo opět pro označení atom, takže názvoslovní puristé, kteří dočetli až sem, už z toho nejspíše mají osypky. V těchto případech je někdy velmi těžké doporučit jednotný postup a i názvosloví často zobrazuje klopotnou historii vědeckého bádání. Co je však třeba, je v případě, že je již pojem všeobecně zavedený (což platí například pro pojem pozitronium), ho používat ve správném kontextu.
Systém nabitého pí mezonu a mionu je pak produkován v rozpadu neutrálních mezonů K, které se rozpadají na mezon pí, mion a mionové neutrino. Vázaný systém mezonu pí s elektronem lze připravit implantaci kladně nabitých pí mezonů do pevného materiálu s velkou hustotou volných nebo jen slabě vázaných elektronů. Díky své krátké době života a složitému způsobu produkce je struktura všech systémů s mezony pí jen velmi málo prozkoumaná. Její využití pro poznání rozdílu mezi hmotou a antihmotou je tak zatím velmi otevřenou otázkou. V každém případě jsou to však velmi zajímavé objekty.
Jako mezonové atomy se označují případy, kdy je elektron v atomu zaměněn za záporný mezon. Byla studována řada pí a K mezonových atomů zvláště pomocí rentgenovského záření a Augerových elektronů vyzářeného při přechodech z vyšších vzbuzených stavů na nižší. Jak už bylo zmíněno, jsou samotné mezony složeny z částice a antičástice. Mezonové atomy mají řadu zajímavých vlastností, které umožňují studovat vlastnosti jader i silné interakce. Nejlepšími prostředky pro výzkum rozdílu ve vlastnostech hmoty a antihmoty však zůstávají objekty složené buď čistě z leptonů (elektronu, pozitronu, mionu a antimionu) nebo z leptonu a baryonu, které jsme si popisovali v předchozích částech našeho povídání.
Můj přehled není ani úplný a určitě jsem se nevyhnul řadě nepřesností a přílišných zjednodušení. Pokud na některá narazíte, prosím o upozornění v diskusi.
Stránky autora: http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/
Produkce těžkých antijader a antihyperjader
Autor: Vladimír Wagner (24.09.2024)
Tak nám zmizel nejjasnější signál exotické fyziky
Autor: Vladimír Wagner (08.08.2024)
Je za spontánními mutacemi DNA kvantová mechanika?
Autor: Stanislav Mihulka (09.05.2022)
Kvantoví mechanici poprvé kontrolovaně vystavěli kvantové doménové stěny
Autor: Stanislav Mihulka (20.02.2022)
Co opravdu říká supernova SN1987A k rychlosti světla
Autor: Vladimír Wagner (05.07.2014)
Diskuze:
Pár preklepov
Šmida,2007-09-20 09:38:38
Vzácne pluny, mokrosekunda (teda až také dobré vzdelanie nemám, aby som mohol posúdiť, či to nie je nejaká super malá/veľká jednotka),baryonové atom...
diskuze o jejich přesnosti je dost závislá...
ZEPHIR,2007-09-18 14:06:10
//..na tom, jak se dostanou některé z jeho parametrů..//
Ale Heimova teorie neobsahuje žádné dodatečný parametry: jen gravitační a Planckova konstanta, elastický konstanty vakua (permeabilita a permitivita) a rychlost světla. Kvarky Heimova teorie uvažovat nemůže, protože kvarky (ve smyslu dubletů/tripletů částic tvořících hadrony) zavrhla i oficální věda.
Objev Higgsova bosonu může Heimovu teorii těžko automaticky vyvrátit, znamená to prostě, že nerozumíme, jak pro něj Heimovu hmotnostní formuli odvodit. Ostatně, už dnes se předpokládá, že existuje ne jeden, ale hned celá skupina Higgsů. Do té doby bude teorie předpovídající Higgse, neutralina a pod. částice na úrovni Heimovy teorie s tím rozdílem, že Heimova teorie vlastnosti svejch částic umí navíc spočítat. Ostatně existence nových částic v Heimově teorii ještě neznamená, že ty částice musej bejt stabilní za všech podmínek, např. neutrální elektron může existovat v oblasti vysokých energií, podobně jako symetrická molekula čpavku v excitovaným stavu.
Šance žádné teorie nemůžou bejt velký, dokud jsou ignorovaný mainstreamem na základě fabrikovanejch námitek. Kopernikova teorie byla ignorovaná skoro sto let. To říkám s vědomím toho, že nejsem žádnej fanda Heimovy toerie, pro tu moji éterovou je to vlastně konkurence. Ale právě proto taky tuším, proč a jak ta teorie funguje.
ty jsi ale hlupaak
filli,2007-09-25 18:56:38
Ale Heimova teorie neobsahuje žádné dodatečný parametry: jen gravitační a Planckova konstanta, elastický konstanty vakua (permeabilita a permitivita) a rychlost světla.
TTy jsi ale hlupak....co je to dodatecny parametr ?
Planckova konstanta je jediny dynamicky parametr !
ostatni jsou odvozeniny hlupaku ... a vagnerovii by ten usmev mel rovnez prejit ... taky toho moc nevite VLADO ...
Elektron má velice podobného "bratra"
ZEPHIR,2007-09-17 21:42:42
Proč má elektron podobný bráchy miona a tauona? Proč právě dva? Čím se od sebe vlastně lišej? A co na to současná věda?
tři generace leptonu a kvarků, jejich hmotnosti ..
Vladimír Wagner,2007-09-18 09:56:42
V současné době jsou naše znalosti struktury hmoty experimentálně potvrzeny na úrovni teorie, které se říká standardní model. Ten obsahuje tři generace leptonu (elektron, el.neutrino), (mion, mi.neutrino), (tauon,tau.neutrino) i kvarků. Elektron, mion, tauon se liší svými hmotnostmi (dále i leptonovým číslem). Proč jsou právě tři generace standardní model nepředpovídá. Víme to pouze z experimentu (hlavně z měření doby života Z-bozonu, také ze zastoupení chemických prvků vzniklých ve velkém třesku, obojí ovšem za předpokladu, že v každé generaci existuje lehké neutrino). Také hmotnosti leptonů ani kvarků standardní model nepředpovídá a určují se pouze experimentálně. Taková předpověď se čeká od obecnější teorie. Její návrhy sice existují (ať už se jedná o různé strunové nebo i nestrunové teorie). Jsou to však zatím jen hypotézy a žádná z nich nedokáže konzistentně předpovědět počet generací leptonů a kvarků a jejich hmotnosti, tak aby se daly srovnat s měřenými hodnotami. Je to hlavně dáno jejich obrovskou matematickou náročností. Ta, které se to podaří, si určitě zapíše hodně plusových bodů a zvýší své šance na to, se ukázat být tou správnou ještě obecnější teorií než je standardní model. Pochopitelně, že bude standardní model v sobě zahrnovat.
žádná z nich nedokáže konzistentně předpovědět
ZEPHIR,2007-09-18 11:06:27
Heimova teorie přesně toto dokáže s použitím pěti základních konstant, definujících vlastnosti vakua.
Teorie Burkharda Heima
Vladimír Wagner,2007-09-18 11:57:55
Máte pravdu, že B. Heim udává hmotnosti častic (hadronů a leptonů - kvarky neuvažuje). Diskuze o jejich přesnosti je dost závislá na tom, jak se dostanou některé z jeho parametrů. Tato teorie má však hodně velké problémy s tím, že předpovídá částice, jejichž existence byla spolehlivě experimentálně vyloučena. Nejsem teoretik, takže si netroufám odhadnout, jestli lze najít takovou variantu této teorie, kde tyto částice nebudou. Třeba ano. Pokud však vím, je celkem shoda, že úplné vyvrácení všech variant Heimovy teorie by znamenalo objevení Higgsova bozonu nebo supersymetrických částic. Tedy LHC by mohl objevem Higgse nebo supersymetrických částic buď Heimovy teorie úplně vyautovat nebo při jejich nenalezení dat případně impuls pro hledání cesty, jak se v ní neexistujících částic zbavit :-)) Osobně si myslím, že šance této teorie nejsou velké. Jinak je pravda, že Burkhard Heim, byl a je svým osudem, vůlí i znalostmi obdivuhodnou osobností. A na tom se nic nezmění ani v případě neúspěchu jeho teorie.
Jak se dokazuje neexistence něčeho
Vladimír Wagner,2007-09-18 14:40:17
Pokud někdo prohlásí, že v lednici je láhev piva, kterou si můžu dát, tak její neexistenci prokáži prostým nahlédnutím do zmíněné lednice. Nejspíše se pak ukáže, že ji už předtím někdo vyzunkl :-))) A teď vážněji k našemu problému. Heimova teorie předpovídá neutrálního kolegu elektronu, který má přibližně jeho hmotnost. Dále třeba další neutrina s velmi malou hmotností. Předpovídá i jakými interakcemi by měly interagovat. My tak víme, že pokud by opravdu měly tyto částice udávané vlastnosti, tak bychom je v našich detektorech museli vidět nebo by se musely projevit v rozpadech známých částic. Například, pokud by existovala další neutrina, kromě známých tří, projevilo by se to v době života Z bosonu. Ten se totiž rozpadá i na pár neutrina a antineutrina. Při existenci čtvrtého neutrina by existoval další kanál rozpadu Z bosonu a ten by žil kratší dobu než se experimentálně pozoruje. To je důkaz, že existují jen tři lehká neutrina (tedy i jen tři generace leptonů a kvarků). Heimova teorie však předpovídá ještě dvě navíc. Jestliže teorie předpovídá objekty s dobře definovanými vlastnostmi, které jsou v námi dostupné experimentální oblasti, lze spolehlivě experimentálně dokázat jejich neexistenci. Něco jiného je případ, jestliže teorie předpovídá vlastnosti objektu velmi vágně nebo vůbec ne. To bychom pak nemohly jejich existenci či neexistenci dokázat. V našem pivním případě by to odpovídalo tomu, že by mi někdo řekl, že v lednici mám neviditelné, nehmatatelné, nečuchatelné a nepitelné pivo. O existenci či neexistenci takového piva by nemělo cenu s ním diskutovat a určitě by to ani za diskuzi nestálo :-))Takové teorie, které nic nepředpovídají a jsou tedy nefalsifikovatelné, jsou k ničemu. Další možností je, že mi někdo nabídne pivo, které mě čeká v lednici na Měsíci. To se dá sice v principu zkontrolovat, ale zatím je cesta na Měsíc pro mě nedostupná. To je trochu případ supersymetrických teorií, které předpovídají supersymetrické částice bez toho, aby přesně specifikovaly jejich hmotnost. Ta může být i dost vysoká. V daném případě může být řešením LHC,
ale nemusí, neboť supersymetrické teorie mohou pracovat i s většími hmotnostmi supersymetrických částic. Naopak hmotnost klasického Higgsova bosonu je už nyní teorií omezena zdola i shora a pokud ho LHC neuvidí, bude to důkaz jeho neexistence.
Existence tři generací částic...
ZEPHIR,2007-09-18 18:43:10
...vyplývá z nejtěsnějšího možnýho uspořádání částic, tvořících naše vakuum. Ty si jde představit jako vzájemně se odpuzující částice s kulovou symetrií, vyplňující centrum černý díry, ve který bydlíme. Nejtěsnější možný uspořádání jsou schopný vytvořit právě třírozměrný koule (to je předmětem tzv Keplerovy konjektury, rigorózně to je dokázaný jen pro nízkej počet dimenzí) - proto je vakuum tvořený právě trojrozměrnými agregáty částic. Když se vakuum stlačí ještě víc, třírozměrný clustery částic aglomerujou tak dlouho, dokud se zase nevytvoří trojrozměrný clustery, tvořený třirozměrnými agregáty částic, který v nich divoce poletujou. Můžeme na ně proto nahlížet jako na jakýsi šestirozměrný koule.
Vtip je v tom, že když tyhle agregáty agregátů znovu stlačíme, poměr povrchu a objemu v nich začne klesat. To vyplývá ze závislosti poměru průměru a plochy hyperkoule, která nabývá maximum někde kolem 7 dimenzí. Je nutný si uvědomit, že částice vlastně aglomerujou proto, že se tím zahušťuje šíření energie, která má při stlačování systému odpuzujících se částic k dipozici stále míň prostoru. Geometrie způsobuje, že od stupně dimenzí 6 - 7 se hustota energie s rostoucím počtem dimenzí začíná snižovat. Prakticky to vede k tomu, že když stlačíme šestirozměrný agregáty agregátům vzniknou sice zase kulový agregáty, ale agregáty na nejnižším stupni se začnou rozpadat.
Pokud stlačíme soubor částic ještě víc, větší počet stupňu agregace než 3-4 v něm tímto způsobem nedosáhneme - agregáty na nejnižším stupni se začnou plynule rozpadat tou měrou, jak začnou kondenzovat částice při povrchu černý díry. Na tom je založená předpověď konečnýho počtu dimenzí (10-12) časoprostoru superstrunovejch teorií. Hroucení agregátů si jde lechce vyzkoušet v počítačový simulaci, třeba i ve dvou rozměrech, je to klasická částicová simulace.
http://superstruny.aspweb.cz/images/fyzika/space_topology.gif
Jeho průběh si to názorně představit třeba tak, že na každou částici vprostřed takovýho chomáče působěj odpudivý síly ze všech možnejch stran. Začne jim bejt proto jedno, kam se v příštím okamžiku vrtnou a výsledkem je vznik chaotickýho pohybu a rozpadu geometrický struktury. To není ve fyzice, ale dokonce ani v ostatních vědách nic novýho. Vysokým tlakem se rozplétaj komplexní struktury proteinů, čehož se využívá pro šetrnou sterilizaci tlakem. A struktura řada polymerů aji kovovejch slitin se za zvýšenýho tlaku bortí a roztejká (stává se "supratekutou"), tomuhle jevu se říká tixotropie, ale vystupuje třeba i v kumulativních střelách. Machiavelisti věděj, že útlak lidu má na nastolení pořádku ve společnosti příznivej vliv jen do určitý míry. Když se přežene, hiearchický společenský struktury se rozpadnou, protože ty chudáci dole už nemaj co ztratit. A hroucení dynastií nebo velkejch státních útvarů v minulosti je vlastně důsledek stejnýho jevu. Éterová teorie je velmi obecná.
Co je pro vysvětlení tří generací částic podstatný, vibrace na povrchu všech tří stabilních generací agregátů sisou geometricky podobný - jsou to vlastně pořád jakýsi na sebe namačkaný koule, který se částečně prolínaj. Proto vibrace mezi agregátama můžou jakoby přeskakovat z jedný úrovně agregace do druhý a zpět. Každá částice tvořená vibracema povrchu agregátů tak může žít v několika časoprostorech současně. Přeskoky mezi různejma časoprostorama jsou tím pravděpodobnější, čím rychlejc se pohybuje vůči pozorovateli, na tomhle jevu je např. založená tzv. oscilace neutrin. Takže každej elektron je tak trochu mionem a případně, i když jen po velmi krátkou dobu života - aji tauonem. Vyšší generace možný nejsou, protože víc pater systém do sebe vnořenejch časoprostorů, tvořících náš vesmír prostě mít nemůže.
Kalibrační symetrie a Liovy množiny
ZEPHIR,2007-09-18 19:12:28
Když budem studovat geometrickou strukturu extrémně hustý hmoty, zákonitě vyvstává otázka, jak bude vypadat, když se hustota její energie a hmoty extrapoluje ad absurdum. Jak zřejmě víte, interakce mezi hmotnejma částicema fermiony zprostředkovávaj virtuální částice energie, čili bozony. Jejich tvorbu éterová teorie popisuje jednoduše tak, že každá vlna energie éterovou pěnu trochu zahustí. Napříč pěnou si to tudíž metelí nejenom vlna stlačený pěny, ale žvanec hustý hmoty, kterej se vůči svýmu okolí chová jako částice. Čim víc sou na sebe fermiony namačkaný, tím větší hustotu energie si mezi sebou navzájem vyměňujou, tim hustší jsou i žvance energie, který mezi nima poletujou. Od určitýho okamžiku se začnou chovat jako nový částice a musíme pro ně v geometrický struktuře vyčlenit místo.
Pokud se systém částic stlačí ještě víc, začne bejt významnej i podíl energie mezi jednotlivýma bozonama. Můžeme si představit, že výměnný interakce získaj charakter novejch odvozenej bozonů "druhý kategorie", tzv. kalibračních bozonů, který se zase začnou chovat jako samostatný částice. Fyzikálním teoriií, který jsou tomhle mechanismu založený se říká kalibrační. Když ve zvyšování hustoty budeme pokračovat stále, dojde k tomu, že se vytvoří pravidelně rozmístěnej systém částic, kde nově kalibrační bozony zaujímaj místo uprostřed rozestupů, a kalibrační bozony vyššího stupně zase zaujímaj rozestupy mezi nima. Geometricky jde popsat takovou strukturu transformační množinou, který se řiká kalibrační grupa (soubor geometrických transformací jako je rotace a translace, který vedou k zopakování struktury). Názorně jde o systém třírozměrnejch koulí, který se navzájem dotýkaj a spojnice mezi nima jsou vyplněná dalšíma koulema, rekurzívně. Jde odvodit, že po asi třech generacích se začnou středy dotýkajících se koulí pasovat přesně na dotykový body a struktura se začne podobat nekonečně se opakující mřižce, který se říká Liova grupa. Takhle teda vypadá nejhustějši možný rozmístění částic tvořený éterovou pěnou a jejich vzájemných interakcí.
Podobná struktura se uplatnila i při vzniku vesmíru, kdy se naráz zhroutily do sebe rozsáhlý struktury vakua z náhodně rozmístěnejch epicenter, od kterých se šířily rázový vlny zkondenzovanýho vakua. V místě, kde na sebe navzájem narazily došlo k nový nukleaci a z danýho místa se zase šířily kulově symetrický rázový vlny. Po několika generacích tak vznikla relativně pravidelná struktura, jejíž zbytky dnes pozorujeme jako houbovitý oblasti temný hmoty. Jde ukázat, že rozložená vrcholů v týhle struktuře se blíží struktuře pravidelnýho dodekahedronu, což před časem zavdalo podnět k úvahám o krystalický struktuře vesmíru apod. artefaktům. Jak vidno, Lieova grupa na nás vykukuje jak ve struktuře fluktuací vakua na Planckově škále, tak na kosmologický rozměrový škále, jde stále o jeden a týž artefakt, jejichž pozice se při kolapsu časoprostoru a zrodu nový generace vesmíru prostě vyměněj.
Horká experimentální novinka
ZEPHIR,2007-09-19 17:49:10
V souvislosti s načrtnutým modelem by vás mohla zajímat čerstvá novinka, týkající se nového rozlišení struktury neutronu. Jak zřejmě víte, podle Standardního modelu je neutron elektricky neutrální, ale uprostřed něj sídlí odpudivej náboj slabý jaderný interakce. Ten např. brání tomu, aby se neutrony zhroutily do sebe v jádře neutronový hvězdy. Samotný neutrony maj zjevnou tendenci se slepovat dohromady, čimž se současně stabilizujou. Chovaj se tak jako jakýsi rtuťový kapky, který se na malých vzdálenostech odpuzujou, zatímco maj tendenci se slejvat dohromady. To u malejch kapiček neni moc snadný, ale u větších to nepředstavuje problém. Příčinou je hra sil povrchovýho napětí, který závisej na zakřivení povrchu. Spojení malejch kapiček vyžaduje přechodný vytvoření krčku s vysokou zápornou křivostí, proto je nutný pro slepení neutronů překonat jistou potenciálovou bariéru, který se říká slabá jaderná síla.
http://uwnews.washington.edu/ni/article.asp?articleID=36620
Podle nedávný zprávy Washingtonovy univerzity je ale struktura neutronu symetrická. Neutron se chová tak, jako by vykazoval slabě přitažlivou sílu na větší vzdáleností, silně odpudivou na menčí a zase silně přitažlivou na velmi malý vzdálenosti. Síly se částečně kompenzujou a výsledkem je odpudivá síla neutronu na malý vzdálenosti. Ale pokud se neutrony při energetických srážkách hodně stlačej, projeví se přitažlivá síla vprostřed. Díky tomu se může neutronová hvězda zhroutit do ještě hustšího stavu.
Pokud jste si přečetli výklad o struktuře agregátů složenejch z dalších agregátů fluktuací hustoty éteru, je takový chování docela pochopitelný, protože neutron se pak chová jako rtuťová kapka složená z dalších menších kapek a při postupným přibližování částic se přitažlivej účinek střídá s odpudivým tou měrou, jak se postupně prostupujou jednotlivý vrstvy fluktuací éteru.
Elektrický formfaktor (rozložení náboje) v neutron
Vladimír Wagner,2007-09-20 08:46:50
V práci Geralda A. Millera z Washingtonské univerzity v Physical Review Letters 99(2007)112001 se na základě experimentálních údajů z pružného rozptylu nabitých částic (leptonů, které interagují pouze elektromagnetickou silou) na jádrech (měření tzv. formfaktorů) se zkoumalo rozložení náboje v protonu a neutronu. Z provedené analýzy se dedukuje, že v centru neutronu je záporná hustota náboje (záporný náboj). Což by mohlo být v rozporu z fenomenologické modely postavených ne interpretaci jaderné (silné síly) v neutronu pomocí výměny gluonů nebo oblaku, které dávají spíše kladnou hustotu náboje uvnitř neutronu. Je otázkou, jakou váhu tento výsledek má. Na jedné straně jsou jak předpovědi modelu se značnou neurčitostí a bohužel experimentální data jsou zvláště pro oblasti malých změn hybnosti (přeneseného impulsu) velmi řídká a zatížena chybou. Takže jak sám autor článku G. A. Miller píše, mužou být jeho analýzy na základě přesnějších nových měření upřesněny, ale můžou se i radikálně změnit.("Future experimental measurements of neutron electromagnetic form factors colud render the present results more precise, or potentially modify them considerably"). To vše se ovšem týká pouze "elektrických a magnetických" sil v jádře (právě proto se studují rozptylem leptonů). Ty jsou svou intenzitou o mnoho řádů slabší než silná interakce. Takže silná interakce je zodpovědná za vazbu a strukturu nukleonu a jeho "odolnost" proti stlačení. Takže vaším poměrně velice nestandardním interpretacím okolo práce Millera nerozumím a řekl bych, že se standardním modelem, na který se odvolávají, nemají moc společného :-))
se standardním modelem nemají moc společného
ZEPHIR,2007-09-20 11:07:24
Svuj příspěvek jsem formuloval větama: "podle Standardního modelu je neutron elektricky neutrální, ale uprostřed něj sídlí odpudivej náboj slabý jaderný interakce" ....."...podle nedávný zprávy Washingtonovy univerzity je ale struktura neutronu symetrická".
Samozřejmě interpetace práce, která nemá se Standardním modelem nic společného taky se standardním modelem nebude mít moc společného. Je pravda, že čím víc se počet dimenzí částic vzdaluje od standardních šesti, tim víc je jejich struktura agregátů rozmazaná a příslušný efekty jejich povrchovýho napětí slabší. Citovaná intepretace se tudíž opírá o pokusy na hranicích možnosti současnejch experimentální technologií a určitě by ještě měla bejt dodatečně potvrzená. Zde sem ji uvedl hlavně proto, že perfektně spadá do mojeho modelu vakua z rekuzivně slepenejch blobů/bublin. Jak vidíte, éterová teorie umožňuje (samozřejmě zatím pouze kvalitativně) předpovídat hraniční efekty, který jsou daleko za hranicema rozlišovacích schopnosti jak Standardního modelu, tak současnejch experimentálních možností.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
