Jadrová fyzika a časticová fyzika

Higgsov bozón, chiméra alebo realita?

Najvyhľadávanejšia častica na svete sa naďalej skrýva pred najvýkonnejším urýchľovačom častíc. Znamenie, že nezistiteľný Higgsov bozón neexistuje? Nie tak rýchlo. Nateraz sú to dobré dôvody na priznanie, že Higgsova častica sa len skrýva.

Asymptotická sloboda

Objav, za ktorý bola v roku 2004 udelená Nobelova cena za fyziku, má veľký význam pre pochopenie teórie jednej zo základných síl prírody - silná sila, sila, ktorá drží pohromade najmenšie kúsky hmoty, kvarky.

Keď už hovoríme poeticky, o neutríne

V decembri 1960 uverejnil básnik John Updike báseň o záhadnej častici, ktorá bola objavená iba pred niekoľkými rokmi, neutríne. Počnúc jeho básňou nazvanou „Cosmic Gall“ stručne preskúmame bizarné vlastnosti tejto častice.

Vysokoenergetické neutrína (1)

Ľudstvo študuje vesmír už tisíce rokov a pozerá sa na fascinujúcu nočnú oblohu vedenú viditeľným svetlom vyžarovaným miliardami hviezd a inými kozmickými javmi. Nová oblasť vedy, neutrínová astronómia, môže odhaliť nové, neznáme javy.

Ako analyzujeme zrážky častíc? (9)

Akonáhle akcelerátor načerpá dostatok energie do svojich častíc, zrazia sa buď s cieľom alebo jeden s druhým. Každá z týchto kolízií sa nazýva udalosť. Ďalej hovoríme o analýze zrážok častíc.

Zrýchlenie častíc (8)

Vďaka zrýchleniu častíc fyzici vystrelia z kráľa dvoch králikov: hmotu je možné študovať ešte v menších rozmeroch a navyše je možné vytvárať nové častice s ešte väčšími hmotnosťami. Ďalej hovoríme o zrýchlení častíc a rôznych druhoch urýchľovačov.

Urýchľovače častíc. Detekcia (7)

Aby sme vysvetlili, ako zisťujeme, čo sa deje v urýchľovači častíc, pozrime sa na najznámejší príklad tejto detekčnej schémy: ako vnímame svet. Schéma je v zásade založená na zdroji, terči a detektore.

Ako sa teória testuje vo fyzike? (6)

Prezentovali sme rôzne aspekty štandardného modelu a starostlivo preskúmali svet subatomárnych častíc. Celá táto vedecká teória môže znieť ako mágia, ale je potrebné si uvedomiť, že fyzici nielenže vymýšľajú všetky tieto veci.

Záhady stále nevyriešené (5)

Štandardný model odpovedá na veľa otázok o štruktúre a stabilite hmoty, má šesť typov kvarkov, šesť druhov leptónov a štyri sily. Štandardný model ale nie je úplný, pretože stále zostáva veľa nezodpovedaných otázok.

Rozpad a zničenie častíc (4)

Jadrovým rozpadom sa atómové jadro rozkladá na menšie jadrá. Základné častice sa môžu tiež rozložiť na iné častice. Ďalej si povieme o rozpadoch a anihilácii častíc.

Čo robí „svet“ stabilným? (3)

Teraz veríme, že máme jasnú predstavu o zložení sveta: kvarky a leptóny. Takže čo ich drží pohromade, vďaka čomu je svet stabilný? Ako hmota interaguje s hmotou? Ďalej asi 4 základné sily.

Z čoho sa skladá „svet“? (2)

Všetko, počnúc galaxiami, horami a končiac molekulami, je tvorené kvarkami a leptónmi. Ale to nie je celý príbeh. Kvarky sa správajú odlišne od leptónov a pre každý typ častice hmoty existuje zodpovedajúca častica antihmoty.

Čo je skutočne zásadné? (1)

Ľudia si vždy mysleli, z čoho sa svet skladá a vďaka čomu je stabilný. Prečo má toľko vecí na svete rovnaké vlastnosti? V starovekom Grécku filozofi tušili, že hmota, z ktorej sa svet skladá, sa skladá z niekoľkých základných prírodných prvkov.

Higgsov bozón a masová koncepcia

Keď je ráno, vyleziete na váhu a dúfate, že to ukáže menšie číslo ako deň predtým. Dúfam, že si schudol. Váha je daná spolu množstvom hmoty vo vás a gravitačným ťahom Zeme. Ale čo dodáva telu hmotnosť?

Elektromagnetická radiácia

Všetci sme už počuli o röntgenových lúčoch, gama žiarení, rádiových vlnách, mikrovlnách, ale vieme presne, čo to je? Všetci máme aspoň jednu pevnú linku, mobilný telefón alebo bezdrôtové pripojenie na internet. Tieto zariadenia sú zdrojom žiarenia, ale nikto nemôže presne povedať, aké nebezpečné sú pre naše zdravie.

Niet pochýb o tom, že všade sme obklopení žiarením. Štúdie z posledných rokov preukázali veľa nežiaducich účinkov žiarenia. Je známe, že viditeľné svetlo emitované v obvyklom množstve zo Slnka alebo rovnakým spôsobom z pevnej linky nepredstavuje žiadne riziko. Antény mobilných telefónov alebo rozhlasových staníc predstavujú zdravotné riziko, ak zostaneme príliš dlho v ich prítomnosti, ale nie je jasne preukázané, či nimi vyžarované žiarenie je alebo nie je z dlhodobého hľadiska škodlivé.

Kde sa to všetko začalo?

V roku 1819 dánsky fyzik Hans Christian Oersted zistil, že magnetická ihla (podobná kompasu) sa dá vychýliť vodičom pripojeným k zdroju elektrického napätia. Pozoroval teda, že každé teleso prechádzané elektrickým prúdom vytvára magnetické pole, a teda z toho vyplýva, že akékoľvek elektrické pole vytvára magnetické pole.

Neskôr, v roku 1831, získal anglický fyzik Michael Faraday nový výsledok: variabilné magnetické pole (a nie konštanta, preto získanie tohto výsledku trvalo Faradayovi 11 rokov, pomocou ktorého sa dnes vytvára elektrický prúd) generuje elektrické pole, jav známy dnes ako elektromagnetická indukcia. Zistil, že elektrický prúd môže byť indukovaný v drôte bez toho, aby bol pripojený k zdroju elektrického napätia.

Škótsky fyzik James Maxwell je ten, kto pomocou súboru rovníc dokázal v roku 1861 existenciu elektromagnetických vĺn, ktoré boli ovplyvnené výsledkami Michaela Faradaya.

Výsledkom štúdia týchto rovníc bola elektromagnetická vlna - proces šírenia (rýchlosťou svetla) elektromagnetického poľa. Nemeckému fyzikovi Heinrichovi Hertzovi sa v roku 1888 podarilo produkovať elektromagnetické vlny a zostrojil oscilátor so silou prenosu rádiových vĺn. Hertz demonštroval, že vlny majú schopnosť nielen prenášať sa do vesmíru, ale aj prijímať ich detekciou pomocou kovového oblúka (hertzovej antény). Hertz však v prenose nepokračoval, pretože chcel dokázať teóriu elektromagnetizmu, nie vyvinúť spôsob komunikácie.

Viac ako rádiové vlny

Hertzovské vlny sú umelé vlny (vlny vytvorené človekom). Charakteristickou veľkosťou vĺn je frekvencia. Keď počúvame rozhlasovú stanicu, vieme, že vysiela na určitej frekvencii, v závislosti od mesta. Pre tieto rádiové vlny však existuje limit na frekvenčnej škále, ktorý je možné vidieť na obrázku nižšie.

Viditeľné žiarenie vyžaruje Slnko, hviezdy, žiarovky (alebo žiarovky) s žiarovkovými vláknami a je vnímané ľudským okom. J.C. Maxwell uviedol, že má „dobrý dôvod domnievať sa, že svetlo je formou elektromagnetického žiarenia“. Hlavnými dôvodmi sú rýchlosť šírenia svetla vo vákuu (rovná sa rýchlosti šírenia elektromagnetických vĺn - asi 300 000 km/s), odraz, lom, interferencia a difrakcia svetla (javy špecifické pre vlnu).

Infračervené žiarenie má nižšie frekvencie ako viditeľné a všeobecne ho vytvárajú zahrievané telesá. S ich pomocou je možné merať teplotu.

Ultrafialové žiarenie má vyššie frekvencie ako viditeľné a je produkované molekulami a atómami z elektrického výboja v plynoch. Silným známym zdrojom ultrafialového žiarenia je Slnko. Ale slnko nevyžaruje iba ultrafialové žiarenie, považuje sa za nebezpečné pre ľudské telo, keď sa poškodí ozónová vrstva.

Röntgenové lúče, objavené Wilhelmom Conradom Röntgenom, majú vyššie frekvencie ako ultrafialové žiarenie a dnes sa v medicíne používajú na zhotovovanie rádiografov. Keď Röntgen bombardoval kovové telo urýchlenými elektrónmi pri vysokých rýchlostiach, zistil, že vyžaruje veľmi silné žiarenie a nevediac o type tohto žiarenia ho nazval röntgenové lúče. Tieto sa vyrábajú v špeciálnych trubiciach, v ktorých elektrónový lúč veľmi vysoké elektrické napätie bombarduje elektródu (elektrický vodič, cez ktorý prúd vstupuje alebo opúšťa dobré vodivé prostredie).

Pomocou týchto žiarení je možné fotografovať vnútro nepriehľadného tela. Röntgenové lúče majú teda v medicíne veľkolepé využitie, vďaka ktorému sú lekári schopní vidieť vnútro ľudského tela bez toho, aby sa uchýlili k chirurgickému zákroku. Tento „proces“ fotografovania vnútra nepriehľadného tela sa nazýva röntgen.

S frekvenciami vyššími ako röntgenové lúče je gama žiarenie (γ-žiarenie) emitované v jadrových procesoch, ako je napríklad rádioaktívny rozpad.

Posledným typom žiarenia s najvyššími frekvenciami je kozmické žiarenie. Tieto žiarenia vyžarujú nebeské telesá, napríklad pulzary alebo kvazary.

Nebezpečenstvo pre zdravie?

Dôležitým zdrojom žiarenia sú zariadenia, ktoré má dnes každý v domácnosti, napríklad mikrovlnná rúra, pevná linka alebo mobilný telefón, rádio, televízia alebo dokonca bezdrôtový internet. Vlny, ktoré emitujú, indukujú vírivé prúdy v tkanivách tela a majú nepriaznivé účinky, ako napríklad zhoršenie kardiovaskulárnych chorôb, oslabenie nervového systému, endokrinné, imunitné alebo dokonca reprodukčné. Tieto účinky vo veľkej miere závisia od emitovaného množstva, intenzity elektromagnetického poľa a dĺžky expozície, nikto však nemôže povedať, aké sú nebezpečné.

Televízory alebo počítačové monitory s katódovými lúčmi vyžarujú žiarenie vďaka elektrónovým delám, ktoré osviežujú obrazovku. Toto žiarenie vo veľmi veľkom množstve môže spôsobiť dysfunkciu očí alebo zmeny metabolizmu.

Mobilné telefóny vyžarujú veľké množstvo žiarenia (najmä do hlavy), keď nemajú maximálny signál a keď vytočíme telefónne číslo - zariadenie na krátku dobu zvýši výkon vyžarovania žiarenia počas vytáčania.

Moderné pevné linky s dokovacou stanicou a prenosným telefónom sú nepretržitým zdrojom žiarenia. Dokovacia stanica je v skutočnosti najsilnejším zdrojom žiarenia a vyžaruje žiarenie, aj keď sa telefón používa, aj keď nie je.

Káblový internet vydáva zanedbateľné množstvo žiarenia, ktoré sa nepovažuje za nebezpečné, ale bezdrôtový internet alebo siete Bluetooth vyžarujú žiarenie nepretržite, aj keď je pripojenie neaktívne.

V súčasnosti sa vyvíjajú snahy o obmedzenie účinkov žiarenia na živé organizmy, napríklad regulácia prípustnej intenzity elektromagnetického poľa v závislosti od času pôsobenia v práci alebo v domácnosti.

Je dobré dávať pozor a nenechávať mobilný telefón veľmi často vo vrecku, nespať s ním na hlave a používať ho iba vtedy, keď ho potrebujeme. Je tiež dobré vyhýbať sa silným rádiovým a televíznym anténam. Najlepšie je nezdržiavať sa príliš blízko televízora alebo monitora s katódovou trubicou.

---