Úplný
systém elementárních částic
STRUČNÝ PŘEHLED
Klasifikace podle spinu třídí dosud pochopené elementární částice na bosony s celočíselným spinem a fermiony se spinem rovným jedné polovině. Takto rozlišené soubory částic mají specifické vlastnosti. Bosony (Higgsovy bosony) s nulovým spinem jsou podle současných představ zodpovědné za hmotnost fermionů.Jednotkový spin rozlišuje fotony, gluony a intermediální bosony. Spin rovný dvěma je přiřazen gravitonům. Spin rovný jedné polovině nesou kvarky a leptony. Tři poloviny spinu připadají gravitinům. Významnou vlastností elementárních částic je elektrický náboj považovaný u kvarků za rovný 2/3 (kvarky u) resp. 1/3 (kvarky d) jednotkového náboje zatímco nabité leptony nesou jednotkový náboj (elektron) nebo jsou neutrální (neutrina). Elektrický náboj fotonů a gluonů je nulový, zatímco intermediální bosony nesou jednotkový náboj.Elektrický náboj přiřazený Higgsovu bosonu se považuje za nulový nebo jednotkový podle modelu který popisuje tyto částice.Náboje leptonů lze experimentálně ověřit, zatímco náboje kvarků jsou potvrzeny pouze nepřímo z rozpadových schémat hadronů.
Následující úvahy jsou
pokusem vysvětlení stavby světa elementárních částic na bázi nejzákladnějších
primárních částic jejichž elektrické náboje společně s ostatními
vykazují jistou podobnost s násobky gravitačního poloměru hmotného
objektu.
IDENTITY POMĚRNÝCH RELATIVNÍCH VZDÁLENOSTÍ
Každém hmotnému objektu (rovněž objektu nesoucí energii) lze přiřadit
veličinu definující gravitační poloměr objektu, rg = 2Gm/c2,
kde G je gravitační konstanta, m hmotnost objektu, c rychlost světla ve
vakuu. Přirozeným počátkem souřadnic ke kterému se vztahuje gravitační
poloměr je gravitační centrum objektu. Vzhledem k tomuto počátku lze
definovat poměrnou relativní vzdálenost výrazem (r2 – r1)/r1.
Potom lze zapsat identity
(1)
(r2 - r1)/r1 = (r1rg
- r2rg + r1r2 - r12)/r1(r1
- rg)
a
(2)
(r2 - r1)/r1 = (r1rg
- r2rg - r1r2 + r22)/r1(r2
- rg)
,kde r1 a r2
jsou vzdálenosti od gravitačního centra definovaného gravitačním poloměrem
rg. Pokud provedeme úpravy pravých stran rovnic obdržíme identické
vyjádření levých stran.
Budeme hledat, pro která r1
a r2 platí také modifikovaná rovnice
(3)
(r2 - r1)/r1 = (r1rg
- r2rg - r1r2 + r22)/r2(r2
- rg)
,která vznikla z rovnice (2) záměnou násobitele r1 za r2 ve jmenovateli na pravé straně.
Z rovnic (1) a (3) plyne
(4) (r1rg - r2rg + r1r2 - r12)/r1(r1 - rg) = (r1rg - r2rg - r1r2 + r22)/r2(r2 - rg)
Substitucí r1 = l
rg a r2 = k
rg (l násobek resp. k násobek gravitačního poloměru)
získáme užitečnou rovnici relativních vzdáleností.
(5)
l3 + l2(2k2 - k - 1)/(1
- k) + l(2k - k2
- k3)/(1 - k) - k3
= 0
Kubická rovnice (5) má tři reálné kořeny: l1 = 1, l2 = l3 = k .
Přitom kořeny redukované rovnice (ve smyslu obecného řešení kubické rovnice) jsou: l01 = 2(1 - k)/3, l02 = l03 = (k - 1)/3 .
ŘEŠENÍ ROVNICE RELATIVNÍCH VZDÁLENOSTÍ
Pro celočíselné hodnoty k = -1,0,1,2 a 3 dosazené do rovnice (5) jsou hodnoty l0 a l uvedeny v tab.1. K jednotlivým řádkům tabulky jsou přiřazeny hodnoty spinu s, kterým disponuje fyzika částic.
TAB.1.
| k |
l01 | l02 | l03 | l3 | l2 | l1 | s |
| -1 | 4/3 | -2/3 | -2/3 | -1 | -1 | 1 | 0 |
| 0 | 2/3 | -1/3 | -1/3 | 0 | 0 | 1 | 1/2 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | -2/3 | 1/3 | 1/3 | 2 | 2 | 1 | 3/2 |
| 3 | -4/3 | 2/3 | 2/3 | 3 | 3 | 1 | 2 |
V řádku tabulky pro k=0 odpovídající spinu 1/2 se hodnoty l0 a l nápadně shodují s hodnotami elektrických nábojů kvarků u, d , neutrina a elektronu. Zatímco řádek pro k=1 odpovídá částicím se spinem 1 a nábojům fotonů, gluonů a intermediálních bosonů, porovnáme-li číselnou podobnost s elektrickými náboji těchto částic. Záměnou +rg v původní rovnici (4) za –rg obdržíme hodnoty l0 a l s opačnými znaménky, což v popisu elementárních částic znamená náboje antičástic.
První řádek tabulky pro k=-1 přiřazuje částicím se spinem 0 náboje –1 a 1 a v části tabulky pro redukované kořeny pak náboje 4/3 a –2/3. Tyto hodnoty mohou odpovídat elektrickým nábojům Higgsových bosonů. Poslední dvě řádky pro k=2 a k=3 přiřazují hodnoty kořenů redukované rovnice podobné prvním dvěma řádkům avšak s opačnými znaménky. V neredukované části pak vystupují dvojnásobky a trojnásobky gravitačního poloměru rg vzhledem k definici rovnice (5). Interpretace těchto hodnot jako nábojů gravitin a gravitonů bude uvedena v samostatné části. (odkaz)
Vyjmutím prvních třech řádků z tab.1, vynecháním
dvojnásobných hodnot a po doplnění hodnot s opačnými znaménky obdržíme
uspořádání elementárních částic podle elektrických nábojů v tab.2.
TAB.2.
| k |
l01 | l02 | l2 | l1 | -l1 | -l2 | -l02 | -l01 | s |
| -1 | 4/3 | -2/3 | -1 | 1 | -1 | 1 | 2/3 | -4/3 | 0 |
| 0 | 2/3 | -1/3 | 0 | 1 | -1 | 0 | 1/3 | -2/3 | 1/2 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | -1 | -1 | 0 | 0 | 1 |
Čteme-li tuto tabulku zleva doprava, mluvíme o uspořádání kořenů (násobků gravitačního poloměru) řešení rovnice (5) pro k = -1,0,1. Čteme-li tutéž tabulku zprava doleva, mluvíme o uspořádání elektrických nábojů elementárních částic rozlišených spinem s = 0,1/2,1.
Nyní místo číselných hodnot přiřadíme jednotlivým
políčkům tab.2 označení elementárních částic, kterým mohou hodnoty nábojů
odpovídat. Nové uspořádání je uvedeno v tab.3.
TAB.3.
| k |
l01 | l02 | l2 | l1 | -l1 | -l2 | -l02 | -l01 | s |
| -1 | D | C | B | A | A | B | C | D | 0 |
| 0 | u | d | n | e+ | e- | n |
d |
u |
1/2 |
| 1 | Z0 | f,g | W+ | W+ | W- |
W- | f,g | Z0 | 1 |
V prvním řádku částice označené A,B,C a D a jejich anti-protějšky s pruhem pod písmenem přiřadíme do skupiny primárních částic. Tyto částice mohou být ztotožněny s Higgsovými bosony. V řádku druhém nacházíme všechny základní fermiony, tedy kvarky a leptony. Ve třetím řádku je úplný výčet kvant polí, tedy intermediální bosony Z a W, fotony kvanta elektromagnetického pole a gluony, kvanta gluonového pole.
Primární částice z prvního řádku tab.3 mají důležitou vlastnost. Pomocí těchto částic lze vytvořit všechny ostatní částice a také samy sebe. Všechny částice dosud považované za elementární, bez struktury, lze zkonstruovat z primárních částic. Přitom primární částice vytváří samy sebe.
Konstrukci fundamentálních fermionů (leptonů a kvarků) ukazuje tab.4. Písmena označující použité primární částice pro konstrukci daného ferminonu. Přitom primární antičástice je označena pruhem pod písmenem. Sdružení písmen v políčku tabulky je ekvivalentní součtu elektrických nábojů uvedených primárních částic. Např. ACD = 1 + (-2/3) + (-4/3) = -1 = náboj elektronu.
TAB.4
| n |
n | e- | e+ | d | d | u | u |
| CDC | CDC | ACD | ACD | AC | AC | CD | CD |
| BCD | BCD | BC | BC | ||||
| AD | AD | ||||||
| BD | BD |
Složení fundamentálních bosonů (kvant interakčních polí) ukazuje tab.5. Označení intermediálních bosonů W a Z odpovídá konvekci. Pro pravotočivě resp. levotočivě polarizované fotony je použito označení fl resp. fr. V tabulce jsou rozlišeny podle složení z primárních částic dva „druhy“ gluonů. Černý gluon gb a bílý gluon gw.
TAB.5
| fl |
fr | W- |
Z0 | W+ | gb |
gw |
| AB | AB | BAB | ABAB | ABA | AA | BB |
| ABA | BAB |
Samy sebe tvoří primární částice (Higgsovy bosony?) podle tab.6
TAB.6
| A | B | C | D | D | C | B | A |
| BBB | AAA | CD | CC | CC | CD | AAA | BBB |
ČÁSTICE A POPIS ROZPADOVÝCH PROCESŮ
Formální popis částic, jejich tvorby a rozpadu je
možné uskutečnit pomocí tabulky složených částic.
Neutron
Konvenční popis:
n0 => u d d
Nový popis:
na0 => (C D .A C.A D);
nb0 => (C D .B C.B D).
Rozpad neutronu
Konvenční popis:
n0 => p+ + e- + n
(+f)
Nový popis:
(C D .A C.A D) => (CD.CD.A C) + B
C D + C D C
(+A B) a také
(C D .B C.B D) => (CD.CD.B C) + A C D +
C D C (+A
B).
Oba zastupitelné popisy neutronu na0
a nb0 obsahují paritní zastoupení primárních částic
a antičástic. Dvojí popis vyjadřuje formálně "rozlišení" podle
magnetického momentu.
Proton
Konvenční popis:
p+ => u u d
Nový popis:
pa+ => (C D .C D .A C);
pb+ => (C D .C D .B C).
Předpokládaný rozpad protonu
Konvenční popis:
p+ => p0
+ e+
Nový popis:
(C D .C D .A C) => (C D .C D) + A C
D a také
(C D .C D .B C) => (C D .C D) + B C D .
Z nového popisu rozpadu protonu je zřejmé, že
produkty rozpadu nezachovávají paritu primárních částic.
Vznik neutronu v procesu tvorby neutronové hvězdy
Standardní proces při zhroucení hmotné hvězdy ve
stádiu výbuchu supernovy je přeměna protonů na neutrony.
Konvenční popis:
p+ + e- => n0 + n
Nový popis:
(C D .C D .A C) + A C D => (C D .A C.A
D) + C D C a také
(C D .C D .B C) + B C D => (C D .B C.B
D) + C D C.
Neutronová hvězda má paritu v primárních částicích až na poměr počtu primárních částic A a B resp. A a B. Pokud je zachována parita i těchto částic je neutronová hvězda bez magnetického pole. Asymetrie zastoupení těchto částic je pravděpodobně spojena s magnetický polem neutronové hvězdy. Vyprodukovaná neutrina mají paritní zastoupení v antineutrinech vygenerovaných dříve při rozpadu volných neutronů.
Rozpad
mezonů p0 , p+, p-
Konvenční popis:
p0
(u u) => g
+ g
Nový popis:
(C D .C D) => A B + A B
Konvenční popis:
p+
(u d) => m+
+ n m
Nový popis:
(C D .A D) => A C D + C D C;
(C D .B D) => B C D + C D C;
(C D .A D) => A C D
+ C D C; (C
D .B D) => B C D
+ C D C.
V případě neutrálního mezonu jsou
páry částic C C a D D nahrazeny páry A A, B B.
Rozpad mionů m
Konvenční popis:
m+
=> e+
+ ne
+ nm
Nový popis:
A C D => A C D + C D C + C D C;
B C D => B C D + C D C
+ C D C;
A C D => A C D + C D C + C D
C;
B C D => B C D + C D C + C D C.
Souhrnný počet primárních částic před rozpadem
i po rozpadu je roven počtu primárních antičástic.Parita primárních částic
a antičástic je zachována.
Rozpad intermediálních bosonů W+ a W-
Leptonový rozpad
Konvenční
popis: W+ => e+
+ ne
W- => e- + ne
Nový popis:
A B A => B C D + C D C;
B A B => A C D + C D C;
A B A => B C D + C D C;
B A B => A C D + C D C.
Kvarkový rozpad
Konvenční popis:
W+ => (u d)
W- => (u d)
Nový popis:
A B A => (C D .B D);
B A B => (C D .A D);
A B A => (C D .B D);
B A B => (C D .A D).
Při rozpadu bosonů W je rovněž zachována parita primárních částic a antičástic ve dvojicích.
Rozpad intermediálního bosonu Z0
Konvenční popis:
Z0 => e+ + e-
Nový popis:
A B A B => A C
D + A C D nebo
A B A B => B CD + B C D.
ZÁKON ZACHOVÁNÍ PARITY PRIMÁRNÍCH ČÁSTIC
Nahlédneme-li na soubor částic reprezentovaný
protonem, elektronem, neutrinem a fotonem zjistíme, že zastoupení primárních
částic zachovává paritu. Podobně soubor dvou neutronů s příslušnými
"polarizacemi" zachovávají paritu primárních částic. Podobným
souborem jsou fotony reliktního záření s reliktními neutriny.
Můžeme tedy tvrdit, že reálný svět, vesmír, je
vybudován z primárních částic jejichž parita se zachovává.
V reálném světě pozorujeme nesymetrii v zastoupení
částic a antičástic na úrovni fermionů. Tato nesymetrie je globální (ve
všech částech vesmíru pozorujeme jen hmotu, antihmota vzniká pouze při
srážkách částic s dostatečnou energií).
ZÁVĚR
Předložená představa primárních částic, bosonů
s nulovým spinem, jako stavebních elementů z nichž lze vytvořit ostatní částice
včetně kvant polí a také samotné primární částice, je přínosná v
tom, že uzavírá dělitelnost mikrosvěta na stále menší a menší
elementy. Primární částice jsou pak těmi "pravými atomy" hmoty a
prostoru.