Kolik existuje elektrických nábojů?

Elektrický náboj: Víc než jen plus a mínus?

Když se řekne “elektrický náboj,” většina z nás si okamžitě vybaví dvě slova: kladný a záporný. A skutečně, základy fyziky nás učí, že v přírodě existují dva základní typy elektrického náboje, které se chovají protichůdně. Kladný náboj se navzájem odpuzuje, záporný také, ale kladný a záporný se naopak přitahují. Tento princip je klíčový pro pochopení jevů, jako je statická elektřina, elektromagnetismus a v podstatě všeho, co souvisí s chováním atomů a molekul.

Klasickým příkladem pro demonstraci existence elektrického náboje je tření. Asi každý si pamatuje experimenty s plastovým pravítkem a vlasy. Tření dvou různých materiálů, například skla a kůže, nebo PVC a flanelu, vede k přenosu elektronů mezi nimi. Jeden materiál si elektrony “vezme”, čímž získá záporný náboj, a druhý o ně přijde, a stane se tak kladně nabitý. Ačkoli celkový náboj systému zůstává nulový, lokální nerovnováha vytvoří elektrické pole, které můžeme detekovat.

Důkazem existence elektrického náboje nemusí být jen jiskra. Existují i citlivější metody, jako je použití doutnavky. Doutnavka obsahuje inertní plyn, který se při vystavení silnému elektrickému poli začne ionizovat a světélkovat. Pokud se tedy doutnavka přiblíží k nabitému tělesu, rozsvítí se, čímž nám signalizuje přítomnost elektrického náboje.

Ale zpět k otázce: kolik existuje elektrických nábojů? Na základní úrovni se zdá, že odpověď je jednoznačná: dva. Ale co se děje hlouběji v atomu? Co kvarky a leptony, stavební kameny veškeré hmoty?

Zde se obraz trochu komplikuje. I když koncept kladného a záporného náboje zůstává fundamentální, kvarky mají zlomkové elektrické náboje. Například, tzv. “up” kvark má náboj +2/3 e, zatímco “down” kvark má náboj -1/3 e, kde “e” je elementární náboj elektronu. Ačkoli se tyto zlomkové náboje nemohou vyskytovat samostatně (kvarky se vždy seskupují do hadronů), ukazují, že náboj nemusí být vždy jen kladný nebo záporný v celočíselných násobcích základního náboje.

Navíc, v kvantové chromodynamice, teorii silné interakce, se mluví o barevném náboji. Tento náboj není elektrický a nesouvisí s polaritou jako u elektromagnetismu. Místo toho má tři “barvy” (červenou, zelenou a modrou) a jejich antikolory (anti-červenou, anti-zelenou a anti-modrou). Tento barevný náboj je klíčový pro interakci kvarků uvnitř hadronů.

Takže, i když se klasicky učíme o dvou elektrických nábojích, ve skutečnosti je koncept náboje v subatomárním světě mnohem bohatší a komplexnější. Kladný a záporný náboj nám stále poskytují základní rámec pro pochopení mnoha jevů, ale zlomkové elektrické náboje kvarků a barevný náboj rozšiřují naše chápání fundamentálních sil, které drží vesmír pohromadě. A kdo ví, možná budoucí objevy přinesou ještě další, dosud neznámé, formy náboje.