Co jsou to kvarky a gluony?

Kvarky a gluony jsou stavebními kameny protonů a neutronů, které jsou zase stavebními kameny atomových jader. V současné době vědci chápou, že kvarky a gluony jsou nedělitelné – nelze je rozdělit na menší složky. Jsou to jediné základní částice, které mají takzvaný barevný náboj.

Kvarky a gluony mají nejen kladný nebo záporný elektrický náboj (jako protony a neutrony), ale mohou mít také tři další stavy náboje: kladné a záporné červené, zelené a modré. Tyto takzvané barevné nálože jsou jen názvy – neodkazují na skutečné barvy.

Síla, která spojuje kladné a záporné barevné náboje, se nazývá silná jaderná síla. Tato silná atomová síla je nejmocnější silou, která udržuje hmotu pohromadě. Je mnohem silnější než ostatní tři základní síly: gravitace, elektromagnetismus a slabé jaderné síly. Protože silná atomová síla je tak silná, je extrémně obtížné oddělit kvarky a gluony. Z tohoto důvodu jsou kvarky a gluony vázány ve složených částicích. Jediným způsobem, jak oddělit tyto částice, je vytvořit stav hmoty známý jako kvarkový gluon plazma.

V této plazmě jsou hustota a teplota tak vysoké, že se protony a neutrony taví. Tato polévka z kvarků a gluonů prostupovala celým vesmírem až za několik zlomků sekundy Velký třeskkdyž se vesmír ochladil natolik, že kvarky a gluony byly zmrzlé na protony a neutrony.

Vědci dnes studují tuto kvark-gluonovou plazmu ve speciálních zařízeních, jako je Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) v Brookhaven National Laboratory.

Fakta o kvarku a gluonu

• Existuje šest různých typů kvarků s různými hmotnostmi. Jsou voláni nahoru, dolů, okouzlující, zvláštní, nahoru a dolů.
• Kvarky jsou jediné elementární částice, které zažívají všechny známé přírodní síly a mají rozbitý elektrický náboj.
• Interakce mezi kvarky a gluony je zodpovědná za téměř veškerou vnímanou hmotnost protonů a neutronů, a proto je naší hmotou.

DOE Office of Science: Příspěvky k kvarkům a gluonům

DOE podporuje výzkum interakce kvarků a gluonů, způsobu jejich kombinování za vzniku složených částic známých jako hadrony a jejich chování při vysokých teplotách a vysokých hustotách. Vědci studují tyto problémy v zařízeních urychlovače DOE, jako je RHIC a zařízení pro kontinuální urychlování elektronových paprsků (CEBAF) v Národním urychlovači Thomase Jeffersona.

Teorie, která popisuje silnou jadernou sílu známou jako kvantová chromodynamika, je notoricky obtížné vyřešit. Lze jej však simulovat na superpočítačích, které jsou vytvářeny a udržovány v zařízeních DOE. DOE je lídrem ve výzkumu kvarků a gluonů od 60. let. Myšlenka kvarků byla navržena v roce 1964 a důkazy o jejich existenci byly nalezeny v experimentech ve Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) v roce 1968. Nejtěžší a naposledy objevený kvark byl poprvé pozorován v roce 1995 ve Fermilab.