Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 ·...

74
Cząstki elementarne Cząstki elementarne Wykonał: Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK SEBASTIAN KOZAK

Transcript of Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 ·...

Page 1: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Cząstki elementarneCząstki elementarne

WykonałWykonałSEBASTIAN SZYMANEKSEBASTIAN SZYMANEK

SEBASTIAN KOZAKSEBASTIAN KOZAK

Spis treściSpis treści Co to są cząstki elementarne Co to są cząstki elementarne Trochę historiiTrochę historii Czy atom jest cząstka elementarnaCzy atom jest cząstka elementarna Czy jądro jest cząstką elementarnaCzy jądro jest cząstką elementarna Czy proton i neutron są cząstkami elementarnymiCzy proton i neutron są cząstkami elementarnymi Kwarki i skala RzeczyKwarki i skala Rzeczy Cząstki elementarneCząstki elementarne Model standardowyModel standardowy Cząstki w Modelu StandardowymCząstki w Modelu Standardowym AntymateriaAntymateria Generacja cząstek materiiGeneracja cząstek materii Cztery rodzaje oddziaływańCztery rodzaje oddziaływań Cząstki elementarne- opisCząstki elementarne- opis LiteraturaLiteratura

Co to są cząstki Co to są cząstki elementarneelementarne

Są to cząstki ktoacuterych budowa wewnętrzna nie jest znana i ktoacuterych Są to cząstki ktoacuterych budowa wewnętrzna nie jest znana i ktoacuterych przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na części składowe Stanowią one podstawowe elementy budowy części składowe Stanowią one podstawowe elementy budowy materii a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i materii a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i przebieg procesoacutew w otaczającym nas świecie Cząstki elementarne przebieg procesoacutew w otaczającym nas świecie Cząstki elementarne charakteryzowane są przez następujące wielkości masę charakteryzowane są przez następujące wielkości masę spoczynkową ładunek elektryczny spin (czyli moment pędu) spoczynkową ładunek elektryczny spin (czyli moment pędu) moment magnetyczny oraz średni czas życia Masę spoczynkową moment magnetyczny oraz średni czas życia Masę spoczynkową cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV) ładunek lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV) ładunek elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0 +1 -1 +2 -2 elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0 +1 -1 +2 -2 ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1) średni czas ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1) średni czas życia podawany jest w sekundach Podstawowym kryterium podziału życia podawany jest w sekundach Podstawowym kryterium podziału cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa Wg tego cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa Wg tego kryterium poza fotonem rozroacuteżnia się cząstki elementarne lekkie - kryterium poza fotonem rozroacuteżnia się cząstki elementarne lekkie - leptony o średniej masie - mezony i ciężkie - bariony Mezony i leptony o średniej masie - mezony i ciężkie - bariony Mezony i bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych - są to tzw hadrony bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych - są to tzw hadrony Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ co Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ co oznacza kres ich istnienia Np w wyniku zderzenia pozyton i elektron oznacza kres ich istnienia Np w wyniku zderzenia pozyton i elektron zamieniają się na dwa fotony zamieniają się na dwa fotony

Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są kwarki kwarki

Trochę historiiTrochę historii Od początkoacutew do 1550 r Od początkoacutew do 1550 r Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy

dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności

624-547 pne 624-547 pne Tales z MiletuTales z Miletu twierdzili ze woda jest podstawowym elementem twierdzili ze woda jest podstawowym elementem Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu

580-500 pne 580-500 pne PitagorasPitagoras utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili nauce metodę matematycznego opisu światanauce metodę matematycznego opisu świata

500-428 pne 484-424 pne 500-428 pne 484-424 pne AnaksagorasAnaksagoras i i EmpedoklesEmpedokles Anaksagoras rzucili Anaksagoras rzucili wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania materii) materii) EmpedoklesEmpedokles skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami ziemia powietrze ogien i woda ziemia powietrze ogien i woda

460 - 370 pne 460 - 370 pne DemokrytDemokryt rozwinal teorie wedlug ktorej rozwinal teorie wedlug ktorej wszechswiat sklada sie wszechswiat sklada sie z pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastekz pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastek ktore ktore roznia sie miedzy soba roznia sie miedzy soba ksztaltem polozeniem i uporzadkowaniemksztaltem polozeniem i uporzadkowaniem Wszystko jest Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych atomamiatomami

384-322 pne 384-322 pne ArystotelesArystoteles usystematyzowal usystematyzowal dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat

310-230 BC 310-230 BC ArystarchArystarch opisal budowe Ukladu Slonecznego opisal budowe Ukladu Slonecznego analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na korzysc teorii geocentrycznej korzysc teorii geocentrycznej

287-212 pne 287-212 pne ArchimedesArchimedes byl pionierem fizyki byl pionierem fizyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki

70-147 ne 70-147 ne PtolomeuszPtolomeusz z Aleksandrii zebral cala wiedze z z Aleksandrii zebral cala wiedze z optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet

~1000 ne Arab ~1000 ne Arab AlhazenAlhazen napisal 7 ksiag o optyce napisal 7 ksiag o optyce 1214 - 1294 ne 1214 - 1294 ne Roger BaconRoger Bacon uwazal ze aby poznac uwazal ze aby poznac

tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - 1543 ne 1543 ne Mikolaj KopernikMikolaj Kopernik udowodnil teorie wedlug udowodnil teorie wedlug ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i filozoficznyfilozoficzny

Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze teorie naukowe teorie naukowe nie moga byc nie moga byc przyjmowane bez przyjmowane bez

sprawdzania Wspolpraca sprawdzania Wspolpraca miedzy uczonymi zwiekszyla miedzy uczonymi zwiekszyla sie i zaowocowala sie i zaowocowala nowymi odkryciaminowymi odkryciami

1564 - 1642 1564 - 1642 Galileo GalileiGalileo Galilei uwazany jest za ojca uwazany jest za ojca

nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad mechanika torujac droge dla Newtona mechanika torujac droge dla Newtona

1546 - 1601 1571 - 1630 1546 - 1601 1571 - 1630 Tycho BraheTycho Brahe and and Johannes Johannes KeplerKepler Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji

1642 - 1727 1642 - 1727 Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton rozwinal prawa mechaniki rozwinal prawa mechaniki (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja matematycznie ruch cial matematycznie ruch cial

1773 - 1829 1773 - 1829 Thomas YoungThomas Young zbudowal falowa teorie swiatla i zbudowal falowa teorie swiatla i opisal zjawisko interferencji opisal zjawisko interferencji

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 2: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Spis treściSpis treści Co to są cząstki elementarne Co to są cząstki elementarne Trochę historiiTrochę historii Czy atom jest cząstka elementarnaCzy atom jest cząstka elementarna Czy jądro jest cząstką elementarnaCzy jądro jest cząstką elementarna Czy proton i neutron są cząstkami elementarnymiCzy proton i neutron są cząstkami elementarnymi Kwarki i skala RzeczyKwarki i skala Rzeczy Cząstki elementarneCząstki elementarne Model standardowyModel standardowy Cząstki w Modelu StandardowymCząstki w Modelu Standardowym AntymateriaAntymateria Generacja cząstek materiiGeneracja cząstek materii Cztery rodzaje oddziaływańCztery rodzaje oddziaływań Cząstki elementarne- opisCząstki elementarne- opis LiteraturaLiteratura

Co to są cząstki Co to są cząstki elementarneelementarne

Są to cząstki ktoacuterych budowa wewnętrzna nie jest znana i ktoacuterych Są to cząstki ktoacuterych budowa wewnętrzna nie jest znana i ktoacuterych przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na części składowe Stanowią one podstawowe elementy budowy części składowe Stanowią one podstawowe elementy budowy materii a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i materii a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i przebieg procesoacutew w otaczającym nas świecie Cząstki elementarne przebieg procesoacutew w otaczającym nas świecie Cząstki elementarne charakteryzowane są przez następujące wielkości masę charakteryzowane są przez następujące wielkości masę spoczynkową ładunek elektryczny spin (czyli moment pędu) spoczynkową ładunek elektryczny spin (czyli moment pędu) moment magnetyczny oraz średni czas życia Masę spoczynkową moment magnetyczny oraz średni czas życia Masę spoczynkową cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV) ładunek lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV) ładunek elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0 +1 -1 +2 -2 elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0 +1 -1 +2 -2 ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1) średni czas ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1) średni czas życia podawany jest w sekundach Podstawowym kryterium podziału życia podawany jest w sekundach Podstawowym kryterium podziału cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa Wg tego cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa Wg tego kryterium poza fotonem rozroacuteżnia się cząstki elementarne lekkie - kryterium poza fotonem rozroacuteżnia się cząstki elementarne lekkie - leptony o średniej masie - mezony i ciężkie - bariony Mezony i leptony o średniej masie - mezony i ciężkie - bariony Mezony i bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych - są to tzw hadrony bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych - są to tzw hadrony Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ co Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ co oznacza kres ich istnienia Np w wyniku zderzenia pozyton i elektron oznacza kres ich istnienia Np w wyniku zderzenia pozyton i elektron zamieniają się na dwa fotony zamieniają się na dwa fotony

Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są kwarki kwarki

Trochę historiiTrochę historii Od początkoacutew do 1550 r Od początkoacutew do 1550 r Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy

dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności

624-547 pne 624-547 pne Tales z MiletuTales z Miletu twierdzili ze woda jest podstawowym elementem twierdzili ze woda jest podstawowym elementem Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu

580-500 pne 580-500 pne PitagorasPitagoras utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili nauce metodę matematycznego opisu światanauce metodę matematycznego opisu świata

500-428 pne 484-424 pne 500-428 pne 484-424 pne AnaksagorasAnaksagoras i i EmpedoklesEmpedokles Anaksagoras rzucili Anaksagoras rzucili wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania materii) materii) EmpedoklesEmpedokles skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami ziemia powietrze ogien i woda ziemia powietrze ogien i woda

460 - 370 pne 460 - 370 pne DemokrytDemokryt rozwinal teorie wedlug ktorej rozwinal teorie wedlug ktorej wszechswiat sklada sie wszechswiat sklada sie z pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastekz pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastek ktore ktore roznia sie miedzy soba roznia sie miedzy soba ksztaltem polozeniem i uporzadkowaniemksztaltem polozeniem i uporzadkowaniem Wszystko jest Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych atomamiatomami

384-322 pne 384-322 pne ArystotelesArystoteles usystematyzowal usystematyzowal dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat

310-230 BC 310-230 BC ArystarchArystarch opisal budowe Ukladu Slonecznego opisal budowe Ukladu Slonecznego analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na korzysc teorii geocentrycznej korzysc teorii geocentrycznej

287-212 pne 287-212 pne ArchimedesArchimedes byl pionierem fizyki byl pionierem fizyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki

70-147 ne 70-147 ne PtolomeuszPtolomeusz z Aleksandrii zebral cala wiedze z z Aleksandrii zebral cala wiedze z optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet

~1000 ne Arab ~1000 ne Arab AlhazenAlhazen napisal 7 ksiag o optyce napisal 7 ksiag o optyce 1214 - 1294 ne 1214 - 1294 ne Roger BaconRoger Bacon uwazal ze aby poznac uwazal ze aby poznac

tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - 1543 ne 1543 ne Mikolaj KopernikMikolaj Kopernik udowodnil teorie wedlug udowodnil teorie wedlug ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i filozoficznyfilozoficzny

Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze teorie naukowe teorie naukowe nie moga byc nie moga byc przyjmowane bez przyjmowane bez

sprawdzania Wspolpraca sprawdzania Wspolpraca miedzy uczonymi zwiekszyla miedzy uczonymi zwiekszyla sie i zaowocowala sie i zaowocowala nowymi odkryciaminowymi odkryciami

1564 - 1642 1564 - 1642 Galileo GalileiGalileo Galilei uwazany jest za ojca uwazany jest za ojca

nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad mechanika torujac droge dla Newtona mechanika torujac droge dla Newtona

1546 - 1601 1571 - 1630 1546 - 1601 1571 - 1630 Tycho BraheTycho Brahe and and Johannes Johannes KeplerKepler Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji

1642 - 1727 1642 - 1727 Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton rozwinal prawa mechaniki rozwinal prawa mechaniki (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja matematycznie ruch cial matematycznie ruch cial

1773 - 1829 1773 - 1829 Thomas YoungThomas Young zbudowal falowa teorie swiatla i zbudowal falowa teorie swiatla i opisal zjawisko interferencji opisal zjawisko interferencji

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 3: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Co to są cząstki Co to są cząstki elementarneelementarne

Są to cząstki ktoacuterych budowa wewnętrzna nie jest znana i ktoacuterych Są to cząstki ktoacuterych budowa wewnętrzna nie jest znana i ktoacuterych przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na części składowe Stanowią one podstawowe elementy budowy części składowe Stanowią one podstawowe elementy budowy materii a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i materii a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i przebieg procesoacutew w otaczającym nas świecie Cząstki elementarne przebieg procesoacutew w otaczającym nas świecie Cząstki elementarne charakteryzowane są przez następujące wielkości masę charakteryzowane są przez następujące wielkości masę spoczynkową ładunek elektryczny spin (czyli moment pędu) spoczynkową ładunek elektryczny spin (czyli moment pędu) moment magnetyczny oraz średni czas życia Masę spoczynkową moment magnetyczny oraz średni czas życia Masę spoczynkową cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV) ładunek lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV) ładunek elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0 +1 -1 +2 -2 elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0 +1 -1 +2 -2 ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1) średni czas ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1) średni czas życia podawany jest w sekundach Podstawowym kryterium podziału życia podawany jest w sekundach Podstawowym kryterium podziału cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa Wg tego cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa Wg tego kryterium poza fotonem rozroacuteżnia się cząstki elementarne lekkie - kryterium poza fotonem rozroacuteżnia się cząstki elementarne lekkie - leptony o średniej masie - mezony i ciężkie - bariony Mezony i leptony o średniej masie - mezony i ciężkie - bariony Mezony i bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych - są to tzw hadrony bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych - są to tzw hadrony Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ co Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ co oznacza kres ich istnienia Np w wyniku zderzenia pozyton i elektron oznacza kres ich istnienia Np w wyniku zderzenia pozyton i elektron zamieniają się na dwa fotony zamieniają się na dwa fotony

Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są kwarki kwarki

Trochę historiiTrochę historii Od początkoacutew do 1550 r Od początkoacutew do 1550 r Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy

dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności

624-547 pne 624-547 pne Tales z MiletuTales z Miletu twierdzili ze woda jest podstawowym elementem twierdzili ze woda jest podstawowym elementem Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu

580-500 pne 580-500 pne PitagorasPitagoras utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili nauce metodę matematycznego opisu światanauce metodę matematycznego opisu świata

500-428 pne 484-424 pne 500-428 pne 484-424 pne AnaksagorasAnaksagoras i i EmpedoklesEmpedokles Anaksagoras rzucili Anaksagoras rzucili wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania materii) materii) EmpedoklesEmpedokles skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami ziemia powietrze ogien i woda ziemia powietrze ogien i woda

460 - 370 pne 460 - 370 pne DemokrytDemokryt rozwinal teorie wedlug ktorej rozwinal teorie wedlug ktorej wszechswiat sklada sie wszechswiat sklada sie z pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastekz pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastek ktore ktore roznia sie miedzy soba roznia sie miedzy soba ksztaltem polozeniem i uporzadkowaniemksztaltem polozeniem i uporzadkowaniem Wszystko jest Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych atomamiatomami

384-322 pne 384-322 pne ArystotelesArystoteles usystematyzowal usystematyzowal dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat

310-230 BC 310-230 BC ArystarchArystarch opisal budowe Ukladu Slonecznego opisal budowe Ukladu Slonecznego analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na korzysc teorii geocentrycznej korzysc teorii geocentrycznej

287-212 pne 287-212 pne ArchimedesArchimedes byl pionierem fizyki byl pionierem fizyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki

70-147 ne 70-147 ne PtolomeuszPtolomeusz z Aleksandrii zebral cala wiedze z z Aleksandrii zebral cala wiedze z optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet

~1000 ne Arab ~1000 ne Arab AlhazenAlhazen napisal 7 ksiag o optyce napisal 7 ksiag o optyce 1214 - 1294 ne 1214 - 1294 ne Roger BaconRoger Bacon uwazal ze aby poznac uwazal ze aby poznac

tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - 1543 ne 1543 ne Mikolaj KopernikMikolaj Kopernik udowodnil teorie wedlug udowodnil teorie wedlug ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i filozoficznyfilozoficzny

Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze teorie naukowe teorie naukowe nie moga byc nie moga byc przyjmowane bez przyjmowane bez

sprawdzania Wspolpraca sprawdzania Wspolpraca miedzy uczonymi zwiekszyla miedzy uczonymi zwiekszyla sie i zaowocowala sie i zaowocowala nowymi odkryciaminowymi odkryciami

1564 - 1642 1564 - 1642 Galileo GalileiGalileo Galilei uwazany jest za ojca uwazany jest za ojca

nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad mechanika torujac droge dla Newtona mechanika torujac droge dla Newtona

1546 - 1601 1571 - 1630 1546 - 1601 1571 - 1630 Tycho BraheTycho Brahe and and Johannes Johannes KeplerKepler Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji

1642 - 1727 1642 - 1727 Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton rozwinal prawa mechaniki rozwinal prawa mechaniki (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja matematycznie ruch cial matematycznie ruch cial

1773 - 1829 1773 - 1829 Thomas YoungThomas Young zbudowal falowa teorie swiatla i zbudowal falowa teorie swiatla i opisal zjawisko interferencji opisal zjawisko interferencji

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 4: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głoacutewnie z doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych promieniowania kosmicznego O istnieniu nie znanych jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek rozważań teoretycznych Historia odkryć cząsteczek elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elementarnych liczy ok 100 lat-1896r- JJThomson odkrył elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził elektron ujemny -negaton -1905r-A Einstein wprowadził pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J znanymi cząstkami elementarnymi do 1932-1932r- J Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett Chadwick odkrył neutron a CD Anderson i P Blackett elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie elektron dodatni -pozyton W Pauli przewidział istnienie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie neutrina-1956r -Reines i C Cowan doświadczalnie potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H Yukawa przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH przewidział istnienie mezonu -1937r- CD Anderson i SH Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły Neddermeyer wykryli mezon Kolejne lata przynosiły odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest odkrycia nowych cząsteczek elementarnych obecnie jest ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że ich już kilkaset Z definicji cząsteczki wynika jednak że uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej a właściwie ich niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek niedoskonałości Można sądzić że wiele z cząstek traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet traktowanych dzisiaj jako elementarne a może nawet wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się wszystkie nie zasługuje na to miano Obecnie sądzi się powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są powszechnie że prawdziwie elementarnymi cząstkami są kwarki kwarki

Trochę historiiTrochę historii Od początkoacutew do 1550 r Od początkoacutew do 1550 r Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy

dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności

624-547 pne 624-547 pne Tales z MiletuTales z Miletu twierdzili ze woda jest podstawowym elementem twierdzili ze woda jest podstawowym elementem Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu

580-500 pne 580-500 pne PitagorasPitagoras utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili nauce metodę matematycznego opisu światanauce metodę matematycznego opisu świata

500-428 pne 484-424 pne 500-428 pne 484-424 pne AnaksagorasAnaksagoras i i EmpedoklesEmpedokles Anaksagoras rzucili Anaksagoras rzucili wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania materii) materii) EmpedoklesEmpedokles skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami ziemia powietrze ogien i woda ziemia powietrze ogien i woda

460 - 370 pne 460 - 370 pne DemokrytDemokryt rozwinal teorie wedlug ktorej rozwinal teorie wedlug ktorej wszechswiat sklada sie wszechswiat sklada sie z pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastekz pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastek ktore ktore roznia sie miedzy soba roznia sie miedzy soba ksztaltem polozeniem i uporzadkowaniemksztaltem polozeniem i uporzadkowaniem Wszystko jest Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych atomamiatomami

384-322 pne 384-322 pne ArystotelesArystoteles usystematyzowal usystematyzowal dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat

310-230 BC 310-230 BC ArystarchArystarch opisal budowe Ukladu Slonecznego opisal budowe Ukladu Slonecznego analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na korzysc teorii geocentrycznej korzysc teorii geocentrycznej

287-212 pne 287-212 pne ArchimedesArchimedes byl pionierem fizyki byl pionierem fizyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki

70-147 ne 70-147 ne PtolomeuszPtolomeusz z Aleksandrii zebral cala wiedze z z Aleksandrii zebral cala wiedze z optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet

~1000 ne Arab ~1000 ne Arab AlhazenAlhazen napisal 7 ksiag o optyce napisal 7 ksiag o optyce 1214 - 1294 ne 1214 - 1294 ne Roger BaconRoger Bacon uwazal ze aby poznac uwazal ze aby poznac

tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - 1543 ne 1543 ne Mikolaj KopernikMikolaj Kopernik udowodnil teorie wedlug udowodnil teorie wedlug ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i filozoficznyfilozoficzny

Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze teorie naukowe teorie naukowe nie moga byc nie moga byc przyjmowane bez przyjmowane bez

sprawdzania Wspolpraca sprawdzania Wspolpraca miedzy uczonymi zwiekszyla miedzy uczonymi zwiekszyla sie i zaowocowala sie i zaowocowala nowymi odkryciaminowymi odkryciami

1564 - 1642 1564 - 1642 Galileo GalileiGalileo Galilei uwazany jest za ojca uwazany jest za ojca

nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad mechanika torujac droge dla Newtona mechanika torujac droge dla Newtona

1546 - 1601 1571 - 1630 1546 - 1601 1571 - 1630 Tycho BraheTycho Brahe and and Johannes Johannes KeplerKepler Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji

1642 - 1727 1642 - 1727 Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton rozwinal prawa mechaniki rozwinal prawa mechaniki (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja matematycznie ruch cial matematycznie ruch cial

1773 - 1829 1773 - 1829 Thomas YoungThomas Young zbudowal falowa teorie swiatla i zbudowal falowa teorie swiatla i opisal zjawisko interferencji opisal zjawisko interferencji

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 5: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Trochę historiiTrochę historii Od początkoacutew do 1550 r Od początkoacutew do 1550 r Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy Grecy przysłużyli się bardzo fizyce tworząc podstawy

dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W dla wspoacutełczesnych zasad zasady zachowania materii teorii atomowej i innych W następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce następnych stuleciach dokonano niewielkiego postępu Dopiero w epoce Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie Renesansu Kopernik wraz z innymi wielkimi myślicielami zaczęli krytycznie oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła oceniać idee Grekoacutew w oparciu o metody empiryczne Teoria Kopernika zamknęła poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje poprzedni okres naukowego rozumienia świata i zapoczątkowała rewolucje naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności naukowa toteż umieszczamy jego nazwisko w rozdziale o Starożytności

624-547 pne 624-547 pne Tales z MiletuTales z Miletu twierdzili ze woda jest podstawowym elementem twierdzili ze woda jest podstawowym elementem Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu Ziemi Znal także przyciągające działanie magnesu i potartego bursztynu

580-500 pne 580-500 pne PitagorasPitagoras utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili utrzymywali ze Ziemia jest kulista On także zaszczepili nauce metodę matematycznego opisu światanauce metodę matematycznego opisu świata

500-428 pne 484-424 pne 500-428 pne 484-424 pne AnaksagorasAnaksagoras i i EmpedoklesEmpedokles Anaksagoras rzucili Anaksagoras rzucili wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii wyzwanie dotychczasowemu przekonaniu o powstawaniu i znikaniu materii nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami nauczając ze wszelkie zmiany są spowodowane przegrupowaniami niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania niewidzialnych cząstek (bedac w ten sposob prekursorem prawa zachowania materii) materii) EmpedoklesEmpedokles skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami skojarzyl te niewidzialne czastki z czterema elementami ziemia powietrze ogien i woda ziemia powietrze ogien i woda

460 - 370 pne 460 - 370 pne DemokrytDemokryt rozwinal teorie wedlug ktorej rozwinal teorie wedlug ktorej wszechswiat sklada sie wszechswiat sklada sie z pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastekz pustej przestrzeni i niemal nieskonczonej liczby niewidzialnych czastek ktore ktore roznia sie miedzy soba roznia sie miedzy soba ksztaltem polozeniem i uporzadkowaniemksztaltem polozeniem i uporzadkowaniem Wszystko jest Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych zbudowane z niewidzialnych czastek nazwanych atomamiatomami

384-322 pne 384-322 pne ArystotelesArystoteles usystematyzowal usystematyzowal dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat

310-230 BC 310-230 BC ArystarchArystarch opisal budowe Ukladu Slonecznego opisal budowe Ukladu Slonecznego analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na korzysc teorii geocentrycznej korzysc teorii geocentrycznej

287-212 pne 287-212 pne ArchimedesArchimedes byl pionierem fizyki byl pionierem fizyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki

70-147 ne 70-147 ne PtolomeuszPtolomeusz z Aleksandrii zebral cala wiedze z z Aleksandrii zebral cala wiedze z optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet

~1000 ne Arab ~1000 ne Arab AlhazenAlhazen napisal 7 ksiag o optyce napisal 7 ksiag o optyce 1214 - 1294 ne 1214 - 1294 ne Roger BaconRoger Bacon uwazal ze aby poznac uwazal ze aby poznac

tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - 1543 ne 1543 ne Mikolaj KopernikMikolaj Kopernik udowodnil teorie wedlug udowodnil teorie wedlug ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i filozoficznyfilozoficzny

Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze teorie naukowe teorie naukowe nie moga byc nie moga byc przyjmowane bez przyjmowane bez

sprawdzania Wspolpraca sprawdzania Wspolpraca miedzy uczonymi zwiekszyla miedzy uczonymi zwiekszyla sie i zaowocowala sie i zaowocowala nowymi odkryciaminowymi odkryciami

1564 - 1642 1564 - 1642 Galileo GalileiGalileo Galilei uwazany jest za ojca uwazany jest za ojca

nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad mechanika torujac droge dla Newtona mechanika torujac droge dla Newtona

1546 - 1601 1571 - 1630 1546 - 1601 1571 - 1630 Tycho BraheTycho Brahe and and Johannes Johannes KeplerKepler Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji

1642 - 1727 1642 - 1727 Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton rozwinal prawa mechaniki rozwinal prawa mechaniki (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja matematycznie ruch cial matematycznie ruch cial

1773 - 1829 1773 - 1829 Thomas YoungThomas Young zbudowal falowa teorie swiatla i zbudowal falowa teorie swiatla i opisal zjawisko interferencji opisal zjawisko interferencji

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 6: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

384-322 pne 384-322 pne ArystotelesArystoteles usystematyzowal usystematyzowal dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas dotychczasowa wiedze Chociaz trudno tu wyroznic jakas teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat teorie to jego dzielo stalo sie podstawa nauki na tysiac lat

310-230 BC 310-230 BC ArystarchArystarch opisal budowe Ukladu Slonecznego opisal budowe Ukladu Slonecznego analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej analogicznie jak to zrobil Kopernik 2000 lat pozniej Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa Jednakze wobec ogromnego autorytetu Arystotelesa heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na heliocentryczna teoria Arystarcha zostala odrzucona na korzysc teorii geocentrycznej korzysc teorii geocentrycznej

287-212 pne 287-212 pne ArchimedesArchimedes byl pionierem fizyki byl pionierem fizyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki teoretycznej Stworzyl on podstawy hydrostatyki

70-147 ne 70-147 ne PtolomeuszPtolomeusz z Aleksandrii zebral cala wiedze z z Aleksandrii zebral cala wiedze z optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet optyki Opracowal tez skomplikowana teorie ruchow planet

~1000 ne Arab ~1000 ne Arab AlhazenAlhazen napisal 7 ksiag o optyce napisal 7 ksiag o optyce 1214 - 1294 ne 1214 - 1294 ne Roger BaconRoger Bacon uwazal ze aby poznac uwazal ze aby poznac

tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten tajemnice przyrody nalezy zaczac od obserwacji W ten sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii sposob dostarczyl nam metody rozwijania teorii dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - dedukcyjnych opartych na faktach doswiadczalnych 1473 - 1543 ne 1543 ne Mikolaj KopernikMikolaj Kopernik udowodnil teorie wedlug udowodnil teorie wedlug ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna ktorej Ziemia krazy wokol Slonca Ta teoria heliocentryczna byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o byla rewolucyjna poniewaz obalala dotychczasowy dogmat o autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i autorytecie Arystotelesa i spowodowala przewrot naukowy i filozoficznyfilozoficzny

Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze teorie naukowe teorie naukowe nie moga byc nie moga byc przyjmowane bez przyjmowane bez

sprawdzania Wspolpraca sprawdzania Wspolpraca miedzy uczonymi zwiekszyla miedzy uczonymi zwiekszyla sie i zaowocowala sie i zaowocowala nowymi odkryciaminowymi odkryciami

1564 - 1642 1564 - 1642 Galileo GalileiGalileo Galilei uwazany jest za ojca uwazany jest za ojca

nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad mechanika torujac droge dla Newtona mechanika torujac droge dla Newtona

1546 - 1601 1571 - 1630 1546 - 1601 1571 - 1630 Tycho BraheTycho Brahe and and Johannes Johannes KeplerKepler Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji

1642 - 1727 1642 - 1727 Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton rozwinal prawa mechaniki rozwinal prawa mechaniki (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja matematycznie ruch cial matematycznie ruch cial

1773 - 1829 1773 - 1829 Thomas YoungThomas Young zbudowal falowa teorie swiatla i zbudowal falowa teorie swiatla i opisal zjawisko interferencji opisal zjawisko interferencji

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 7: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze Wskutek rewolucji kopernikanskiej stalo sie jasne ze teorie naukowe teorie naukowe nie moga byc nie moga byc przyjmowane bez przyjmowane bez

sprawdzania Wspolpraca sprawdzania Wspolpraca miedzy uczonymi zwiekszyla miedzy uczonymi zwiekszyla sie i zaowocowala sie i zaowocowala nowymi odkryciaminowymi odkryciami

1564 - 1642 1564 - 1642 Galileo GalileiGalileo Galilei uwazany jest za ojca uwazany jest za ojca

nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia nowoczesnej fizyki z powodu jego dazenia do zastapienia starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione starych przypuszczen przez nowe naukowo uzasadnione teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad teorie Wslawil sie swymi pracami w astronomii i nad mechanika torujac droge dla Newtona mechanika torujac droge dla Newtona

1546 - 1601 1571 - 1630 1546 - 1601 1571 - 1630 Tycho BraheTycho Brahe and and Johannes Johannes KeplerKepler Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe Obserwacje astronomiczne ktore wykonal Brahe umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych umozliwily Keplerowi stworzyc jego teorie eliptycznych ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc ruchow planet i dostarczyc dalszych dowodow na korzysc teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji teorii Kopernika Kepler takze dal jakosciowy opis grawitacji

1642 - 1727 1642 - 1727 Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton rozwinal prawa mechaniki rozwinal prawa mechaniki (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja (obecnie zwane mechanika klasyczna) ktore ujmuja matematycznie ruch cial matematycznie ruch cial

1773 - 1829 1773 - 1829 Thomas YoungThomas Young zbudowal falowa teorie swiatla i zbudowal falowa teorie swiatla i opisal zjawisko interferencji opisal zjawisko interferencji

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 8: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1791 - 1867 1791 - 1867 Michael FaradayMichael Faraday zbudowal silnik elektryczny zbudowal silnik elektryczny i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore i wytlumaczyl zjawisko indukcji elektromagnetycznej ktore pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem pokazuje zwiazek miedzy elektrycznoscia i magnetyzmem Takze zbadal on zjawisko elektrolizyTakze zbadal on zjawisko elektrolizy

1799 - 1878 1799 - 1878 Joesph HenryJoesph Henry badal indukcje badal indukcje elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego elektromagnetyczna rownolegle z Faradayem Jego osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu osiagniecia umozliwily skontruowanie telegrafu

1873 1873 James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell poczynili ważne badania w poczynili ważne badania w trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-trzech dziedzinach widzenie barw teoria kinetyczno-molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora molekularna i teoria elektromagnetyzmu aktora wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni wytlumaczyla rozchodzenie sie swiatla w prozni

1874 1874 George StoneyGeorge Stoney stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl stworzyl teorie elektronu i wyznaczyl jego masejego mase

1895 1895 Wilhelm RoumlntgenWilhelm Roumlntgen odkryl promienie X odkryl promienie X 1898 1898 Maria Curie-Sklodowska and Pierre CurieMaria Curie-Sklodowska and Pierre Curie odkryli odkryli

pierwiastki promieniotworcze pierwiastki promieniotworcze 1898 1898 Joseph ThompsonJoseph Thompson zmierzyl wlasnosci elektronu i zmierzyl wlasnosci elektronu i

stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu stworzyl swoj model ciasta z rodzynkami budowy atomu -- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami--- naladowanej dodatnio kuli z ujemnymi rodzynkami-elektronami wewnatrz niej elektronami wewnatrz niej

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 9: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym Z poczatkiem dwudziestego wieku uczonym wydawalo sie ze juz wydawalo sie ze juz rozumieja podstawowe prawa rozumieja podstawowe prawa przyrody Atomy byly cegielkami przyrody Atomy byly cegielkami budowy materii budowy materii ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej ludzie wierzyli w prawa mechaniki newtonowskiej a a wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz wiekszosc problemow fizyki byla rozwiazana Jednakze juz

zastapienie mechaniki Newtona przez teorie zastapienie mechaniki Newtona przez teorie wzglednosci Einteina wzglednosci Einteina uswiadomilo uczonym ze ich uswiadomilo uczonym ze ich wiedza jest daleka od doskonalosci wiedza jest daleka od doskonalosci Szczegolne Szczegolne zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora zainteresowanie budzila mechanika kwantowa aktora kompletnie zmienila pojmowanie fizyki kompletnie zmienila pojmowanie fizyki Cząstki odkryte w latach 1898 - 1964

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 10: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1900 1900 Max PlanckMax Planck wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie wysuwa przypuszczenie ze promieniowanie jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach jest skwantowane tzn jest przesylane w okreslonych paczkach

1905 1905 Albert EinsteinAlbert Einstein jeden z niewielu uczonych ktorzy jeden z niewielu uczonych ktorzy potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla potraktowali powaznie idee Plancka zaproponowal kwant swiatla czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein czyli foton ktory zachowuje sie podobnie do czastki Einstein takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial takze stworzyl szczegolna teorie wzglednosci przewidzial rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature rownowaznosc masy i energii i badal falowo-czastkowa nature fotonow 1fotonow 1

909 909 Hans GeigerHans Geiger i i Ernest MarsdenErnest Marsden pod kierunkiem pod kierunkiem Ernesta Ernesta RutherfordaRutherforda wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali wykonali doswiadczenia w ktorych rozpraszali czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male czastki alfa przez zlota folie wskazujace ze atomy posiadaja male i ciezkie dodatnio naladowane jadra i ciezkie dodatnio naladowane jadra

1911 1911 Ernest RutherfordErnest Rutherford wysuwa hipoteze jadra atomowego wysuwa hipoteze jadra atomowego jako wniosek z doswiadczen jako wniosek z doswiadczen Hansa GeigeraHansa Geigera and and Ernesta Ernesta MarsdenaMarsdena

1912 1912 Albert EinsteinAlbert Einstein wprowadza koncepcje krzywizny wprowadza koncepcje krzywizny przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 przestrzeni tlumaczac tym grawitacje 1913 Niels BohrNiels Bohr tworzy tworzy kwantowy model atomu kwantowy model atomu

1919 1919 Ernest RutherfordErnest Rutherford dostarcza pierwszej wskazowki dostarcza pierwszej wskazowki istnienia protonuistnienia protonu

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 11: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1921 1921 James ChadwickJames Chadwick i i ES BielerES Bieler wnioskuja o istnieniu sil wnioskuja o istnieniu sil jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci jadrowych ktore utrzymuja jadro atomowe w calosci

1923 1923 Arthur ComptonArthur Compton odkrywa kwantowa nature promieni X odkrywa kwantowa nature promieni X potwierdzajac tym istnienie fotonow potwierdzajac tym istnienie fotonow

1924 1924 Louis de BroglieLouis de Broglie wysuwa hipoteze o falowych wysuwa hipoteze o falowych wlasnosciach materii 1925 wlasnosciach materii 1925 Wolfgang PauliWolfgang Pauli formuluje zasade formuluje zasade dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego dla elektronow w atomie znana dzis jako zakaz Paukiego

1925 1925 Walther BotheWalther Bothe and and Hans GeigerHans Geiger demonstruja spelnienie demonstruja spelnienie zasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowychzasady zachowania masy i energii w zjawiskach atomowych

1926 1926 Erwin SchroedingerErwin Schroedinger buduje mechanike falowa opisujaca buduje mechanike falowa opisujaca obiekty kwantowe zlozone z bozonow obiekty kwantowe zlozone z bozonow Max BornMax Born proponuje proponuje probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej probabilistyczna interpretacje mechaniki kwantowej GN GN LewisLewis wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla wprowadza nazwe foton dla kwantu swiatla

1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad 1927 Zaobserwowano ze pewne ciala emituja elektrony (rozpad beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne beta) Poniewaz zarowno atom jak i jadro maja dyskretne poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane poziomy energii trudno bylo zrozumiec dlaczego wysylane elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok elektrony maja ciagly rozklad energii (wyjasnienie patrz rok 1930) 1927 1930) 1927 Werner HeisenbergWerner Heisenberg formuluje zasade formuluje zasade nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej nieoznaczonosci im lepiej znamy energie czastki tym gorzej znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia znamy jej czas ( i na odwrot) To samo dotyczy pedu i polozenia czastki czastki

1928 1928 Paul DiracPaul Dirac opisuje elektron laczac ze soba mechanike opisuje elektron laczac ze soba mechanike kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci kwantowa i szczegolna teorie wzglednosci

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 12: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa 1930 Mechanika kwantowa i szczegolna teoria wzglednosci sa mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne mocno ugruntowane Sa dokladnie trzy czastki fundamentalne proton elektron i foton proton elektron i foton Max BornMax Born po zapoznaniu sie z po zapoznaniu sie z rownaniem rownaniem DiracaDiraca rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu rzekl Fizyka bedzie ukonczona w ciagu szesciu miesiecy szesciu miesiecy

1930 1930 Wolfgang PauliWolfgang Pauli wysuwa hipoteze neutrino w celu wysuwa hipoteze neutrino w celu wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta wytlumaczenia ciaglego rozkladu elektronow w rozpadzie beta

1931 1931 Paul DiracPaul Dirac stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z stwierdza ze dodatnie czastki wynikajace z jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) jego rownania powinny istniec (i nadaje im nazwe pozytony) Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest Sa one identyczne z elektronami ale o dodatnim ladunku Jest to pierwszy przyklad antyczastki to pierwszy przyklad antyczastki

1931 1931 James ChadwickJames Chadwick odkrywa neutron Problem wiazania i odkrywa neutron Problem wiazania i rozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagirozpadu jadra nabiera pierwszorzednej wagi

1933-34 1933-34 Enrico FermiEnrico Fermi posuwa naprzod teorie rozpadu beta posuwa naprzod teorie rozpadu beta wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria wprowadzajac oddzialywanie slabe Jest to pierwsza teoria uzywajaca neutrino i zmian zapachuuzywajaca neutrino i zmian zapachu

1933-34 1933-34 Hideki YukawaHideki Yukawa laczy teorie wzglednosci i teorie laczy teorie wzglednosci i teorie kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca kwantowa w celu opisania oddzialywan jadrowych za pomoca wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy wymiany nowych czastek (mezonow zwanych pionami) miedzy protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze protonami i neutronami Z rozmiaru jadra Yukawa wnioskuje ze masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas masa postulowanych cza stek (mezonow) wynosi okolo 200 mas elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych elektronu Jest to poczatek mezonowej teorii sil jadrowych

1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje 1937 Czastka o masie rownej 200 mas elektronu zostaje odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili odkryta w promieniach kosmicznych Z poczatku fizycy sadzili ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion ze jest to pion Yukawy ale pozniej okazalo sie ze jest to mion

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 13: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1938 1938 ECG StuckelbergECG Stuckelberg zauwazyl ze protony i neutrony zauwazyl ze protony i neutrony nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow nie rozpadaja sie na kombinacje elektronow neutrin mionow lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc lub ich antyczastek Trwalosci protonu nie da sie wytlumaczyc prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze prawami zachowania energii i ladunku Zasugerowal on ze ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania ciezkie czastki p odlegaja niezaleznemu prawu zachowania

1941 1941 C MollerC Moller and and Abraham PaisAbraham Pais wprowadzili pojecie wprowadzili pojecie nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu nukleonu jako wspolnego okreslenia dla protonu i neutronu

946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni 946-47 Fizycy przekonali sie ze czastka promieni kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest kosmicznych aktora miala byc mezonem Yukawy jest mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie mionem pierwsza czastka drugiej generacji To odkrycie bylo zupelnym zaskoczeniem -- bylo zupelnym zaskoczeniem -- II Rabi II Rabi skomentowal kto to skomentowal kto to zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla zamawial Zostalo wprowadzone pojecie leptonu dla czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i czastek ktore nie oddzialuja silnie ( leptonami sa elektrony i miony) miony)

1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w 1947 Mezon oddzialujacy silnie zostal znaleziony w promieniach kosmicznych i nazwany pionem promieniach kosmicznych i nazwany pionem

1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania 1947 Fizycy rozwijaja metody obliczania elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i elektromagnetycznych wlasciwosci elektronow pozytonow i fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna fotonow Pojawiaja sie diagramy Feynmanna

1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze 1948 Synchrocyklotron w Berkeley wytwarza pierwsze sztuczne piony sztuczne piony

1949 1949 Enrico FermiEnrico Fermi and and CN YangCN Yang sugeruja ze pion jest sugeruja ze pion jest tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea tworem zlozonym z nukleonu i anty-nukleonu Ta idea zlozonych czastek jest bardzo radykalna zlozonych czastek jest bardzo radykalna

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 14: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1949 Odkrycie K+ poprzez jego rozpad 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1950 Zostal odkryty pion nuetralny 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w 1951 Dwa nowe typy czastek zostaja odkryte w

promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w promieniach kosmicznych droga obserwacji sladow w ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie ksztalcie litery V i rekonstrukcji elektrycznie obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy obojetnych czastek ktore rozpadajac sie musialy wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych wytworzyc dwie czastki naladowane zostawiajacych slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0 slady Czastki te zostaly nazwane lambda0 i K0

1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech 1952 Odkrycie czastki nazwanej delta w czterech odmianach delta++ delta+ delta0 and delta- odmianach delta++ delta+ delta0 and delta-

1952 1952 Donald GlaserDonald Glaser wynalazl komore wynalazl komore pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator pecherzykowa Kosmotron w Brookhaven akcelerator na energie 13 GeV zaczyna dzialac na energie 13 GeV zaczyna dzialac

1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej 1953 Poczatek eksplozji czastek -- prawdziwej powodzi odkryc nowych czastek powodzi odkryc nowych czastek

1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra 1953 - 57 Rozpraszanie elektronow przez jadra ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a ujawnia jak rozlozony jest ladunek w protonach a nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa nawet neutronach Elektromagnetyczna budowa protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna protonow i neutronow wskazuje na ich wewnetrzna strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki strukture chociaz wciaz sa uwazane za czastki elementarne elementarne

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 15: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1954 1954 CN YangCN Yang i i Robert MillsRobert Mills tworza nowy typ tworza nowy typ teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie teorii zwanych teoriami cechowania Wprawdzie jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza jeszcze tego nie uswiadomiono sobie te teorie tworza teraz podstawy Modelu Standardowego teraz podstawy Modelu Standardowego

1957 1957 Julian SchwingerJulian Schwinger pisze prace w ktorej pisze prace w ktorej proponuje unifikacje oddzialywania slabego z proponuje unifikacje oddzialywania slabego z elektromagnetycznym elektromagnetycznym

1957-59 1957-59 Julian SchwingerJulian Schwinger Sidney BludmanSidney Bludman i i Sheldon GlashowSheldon Glashow w niezaleznych pracach sugeruja w niezaleznych pracach sugeruja ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone ze wszystkie slabe oddzialywania sa przenoszone przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej przez naladowane ciezkie bozony nazwane pozniej W+ i W- Wlasciwie to W+ i W- Wlasciwie to YukawaYukawa pierwszy wprowadzil pierwszy wprowadzil wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on wymiane bozonu dwadziescia lat wczesniej ale on proponowal pion jako posrednika slabej sily proponowal pion jako posrednika slabej sily

1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz 1961 Wobec tego ze liczba poznanych czastek wciaz wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji wzrastala matematyczny schemat ich klasyfikacji ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow ( grupa SU(3)) ulatwil fizykom rozpoznanie ich typow

1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa 1962 Eksperymenty udowodnily ze istnieja dwa rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino rozne typy neutrin (neutrino elektronowe i neutrino mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan mionowe) Wywnioskowano to wczesniej z rozwazan teoretycznych teoretycznych

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 16: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

W polowie lat szescdziesiatych fizycy W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby uswiadomili sobie ze ich wyobrazenie jakoby cala materia zbudowana byla z protonow cala materia zbudowana byla z protonow neutronow i elektronow nie wystarcza do neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu Zweiga rozwiazala ten problem W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana ostatnich trzydziestu lat teoria ta zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow potwierdzenia z nowych akceleratorow czastekczastek Cząstki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 17: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1964 1964 Murray Gell-MannMurray Gell-Mann i i George ZweigGeorge Zweig rozwineli rozwineli koncepcje koncepcje kwarkowkwarkow Zaproponowali oni budowe barionow i Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s gorny (up) dolny (down) i dziwny (strange) u d i s majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio majacych spin rowny 12 a ladunki elektryczne odpowiednio 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie 23 -13 i -13 (okazuje sie ze ta teori a nie jest zupelnie scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly scisla) Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za zaobserwowane koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i rzeczywistych obiektow Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa doswiadczalne utwierdzily przekonanie ze kwarki sa realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 realnymi obiektami chociaz nie mozna ich wyodrebnic 1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace nowym zapachu potrzebnego aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu sie zestawy kwarkow zwane obecnie rodzinami Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl Sheldon Sheldon GlashowGlashow i i James BjorkenJames Bjorken ukuli okreslenie powab ukuli okreslenie powab (charm) dla tego czwartego kwarku (c) (charm) dla tego czwartego kwarku (c)

1965 1965 OW GreenbergOW Greenberg MY HanMY Han i i Yoichiro NambuYoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc (biale) 1966 Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane niechetnie gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 18: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1967 1967 Steven WeinbergSteven Weinberg and and Abdus SalamAbdus Salam niezaleznie niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe Ich teoria wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon wymaga by istnial neutralny slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal bozonem Higgsa ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis zaobserwowany az do dzis

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w 1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez Stanford w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male protony okazalo sie ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow twarde rdzenie wewnatrz protonow James BjorkenJames Bjorken i i Richard FeynmanRichard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz protonu (nie uzywali oni nazwy kwark chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow) eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow)

1970 1970 Sheldon Glashow John IliopoulosSheldon Glashow John Iliopoulos i i Luciano Luciano MaianiMaiani docenili waznosc istnienia czwartego typu docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark kwarkow dla Modelu Standardowego Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na zmiany zapachu przenoszonych przez Z0 a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu oddzialywania ze zmiana zapachu

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 19: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1973 1973 Donald PerkinsDonald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i Standardowego ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0) wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0)

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan 1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od kwantowej (QED) lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa ladunku kolorowego teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne chromodynamika (QCD) Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami posiadajace ladunek kolorowy Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan pola silnego oddzialywania Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy zaproponowali po raz pierwszy Harald FritzschHarald Fritzsch i i Murray Gell-Murray Gell-MannMann

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 20: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1973 1973 David PolitzerDavid Politzer David GrossDavid Gross i i Frank WilczekFrank Wilczek odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada odkryli ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna specjalna wlasciwosc zwana teraz asymptotyczna swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych swoboda Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69 1968-69

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na 1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji konferencji John IliopoulosJohn Iliopoulos przedstawia jako pierwszy przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz odwiedz Sciezke Modelu StandardowegoSciezke Modelu Standardowego

1974 1974 Burton RichterBurton Richter i i Samuel TingSamuel Ting prowadzac prowadzac niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o niezalezne eksperymenty oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w odkryciu tej samej nowej czastki Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z Brookhaven nazwali te czastke J podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia zespolem w SLAC nazwali ja psi Jako ze ich odkrycia sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana sa jednakowo ważne czastka jest powszechnie znana jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym jako Jpsi Czastka Jpsi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab powab i anty-powab

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 21: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1976 1976 Gerson GoldhaberGerson Goldhaber i i Francois PierreFrancois Pierre odkrywaja mezon D0 odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne (kwarki anty-gorny i powabny) Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowegopotwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego

1976 1976 Martin PerlMartin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl lepton tau Lepton ten nalezacy do trzeciej rodziny czastek byl zupelnie nieoczekiwany zupelnie nieoczekiwany

1977 1977 Leon LedermanLeon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark) Kwark ten nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja nazwany zostal denny (bottom) Poniewaz fizycy spodziewaja sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania sie ze kwarki chodza parami odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top) szostego kwarku -- kwarku szczytowego (top)

1978 1978 Charles PrescottCharles Prescott i i Richard TaylorRichard Taylor obserwuja slabe obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje spolaryzowanych elektronow przez deuter ktore wykazuje niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model niezachowanie parzystosci jak to przewidywal Model Standardowy Standardowy

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 22: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub 1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu

1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez 1983 Bozony posredniczace Wplusmn and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami ktore opracowali antyprotonami ktore opracowali Carlo RubbiaCarlo Rubbia and and Simon Simon Van der MeerVan der Meer

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja 1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek przekonywajaco ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 fundamentalnych Wynika to czasu zycia bozonu Z0 ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu tylko przy tym zalozeniu

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu 1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab akceleratorach eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak masa 175 GeV Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkowbardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 23: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Czy atom jest cząstka Czy atom jest cząstka elementarnaelementarna

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach atomach jako o malych kuleczkach

Ale fakt ze atomy moga byc Ale fakt ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje ze ukladzie okresowym) sugeruje ze atomy nie sa czastkami atomy nie sa czastkami elementarnymi elementarnymi

Oprocz tego eksperymenty Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace zajrzec probnikow i pozwalajace zajrzec do wnetrza atomu pokazuja ze do wnetrza atomu pokazuja ze atomy maja strukture i nie sa po atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami prostu jednolitymi kuleczkami

Te doswiadczenia pozwolily Te doswiadczenia pozwolily ustalic ze atomy posiadaja ustalic ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e) otoczone chmura elektronow (e)

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 24: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Czy jądro atomowe jest Czy jądro atomowe jest cząstka elementarną cząstka elementarną

Wiele lat pozniej Wiele lat pozniej uczeni odkryli ze uczeni odkryli ze jadro atomu jest jadro atomu jest zbudowane z zbudowane z protonow (p) oraz protonow (p) oraz z neutronow (n) z neutronow (n)

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 25: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Czy protony i neutrony są Czy protony i neutrony są cząstkami elementarnymi cząstkami elementarnymi

Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie Okazuje sie ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami fundamentalnych czastek zwanych kwarkami

Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki Obecnie fizycy uwazaja ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii fundamentalnymi skladnikami materii

(Jednakze jest to problem doswiadczalny)(Jednakze jest to problem doswiadczalny)

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 26: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Kwarki i skala Rzeczy Kwarki i skala Rzeczy Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest Wiemy z cala pewnoscia ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra jest

wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru Jest tez mozliwe ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek elektrony nie sa czastkami elementarnymi ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek (Czy to sie kiedykolwiek skonczy) (Czy to sie kiedykolwiek skonczy)

Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i Podsumowujac wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow neutronow i elektronow Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej neutrony sa zbudowane z kwarkow ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastekpodstawowych czastekale mamy nadzieje ze nie sa ale mamy nadzieje ze nie sa

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 27: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Cząstki elementarne Cząstki elementarne Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastekfizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy tei oddzialywan Zastanawiaja sie tez czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarneczastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne sa rzeczywiscie elementarne sa rzeczywiscie elementarne

Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z elementarnymi choc tak kiedys je nazywano) Nazywaja je literami z alfabetu alfabetu lacinskiego i greckiegolacinskiego i greckiego

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 28: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Model Standardowy Model Standardowy Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora Fizycy stworzyli teorie zwana Modelem Standardowym aktora

opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe grawitacji) Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi I w tym tkwi jej piekno

Czastki przenoszace oddzialywaniaCzastki przenoszace oddzialywania Kazde elementarne Kazde elementarne oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem oddzialywanie jest przenoszone przez czastke (przykladem moze byc foton) moze byc foton)

Czastki materiiCzastki materii Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa obiektow zwanych kwarkami Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron) (przykladem moze byc elektron)

Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek czastki ktore sa materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz materia (jak elektrony protony neutrony i kwarki) oraz czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony) czastki ktore przenosza oddzialywania (jak fotony)

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 29: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Cząstki w Modelu Cząstki w Modelu Standardowym Standardowym

Zastanawialismy sie nad czastkami Zastanawialismy sie nad czastkami materii opisywanymi przez Model materii opisywanymi przez Model Standardowy Podsumowujac Standardowy Podsumowujac

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 30: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

W Modelu Standardowym budowa wszystkich W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu

6 rodzajow leptonow 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow oraz 6 rodzajow kwarkow oraz Czastek przenoszacych oddzialywania Czastek przenoszacych oddzialywania

Dla kazdej czastki materii istnieje jej antyczastka

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 31: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Antymateria Antymateria Dla kazdej czastki (Dla kazdej czastki (materiamateria) istnieje odpowiednia antyczastka ) istnieje odpowiednia antyczastka

((antymateriaantymateria) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za ) Antyczastki sa identyczne z odpowiednimi czastkami za wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) wyjatkiem tego ze posiadaja przeciwne ladunki (np ladunek elektryczny) liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla liczby kwantowe (np liczba leptonowa barionowa dziwnosc itp) Dla przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny przykladu proton ma dodatni ladunek elektryczny antyproton zas ujemny Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Oba za to maja taka sama mase identycznie wiec oddzialuja grawitacyjnie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie Kiedy spotkaja sie czastka oraz jej antyczastka to unicestwiaja sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie wzajemnie masa zamienia sie w czysta energiee Z tej energii moze sie potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak potem utworzyc nienaladowana czastka przenoszaca oddzialywania taka jak foton bozon Z albo gluonfoton bozon Z albo gluon

Troche terminologiiTroche terminologii Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac Czastke antymaterii oznacza sie piszac symbol odpowiedniej czastki materii i stawiajac

nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nad nim kreske Na przyklad proton ( ) ma odpowiednia antyczastke zapisywana jako i nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest nazywana antyprotonem Antyczastka elektronu (e-) jest pozytonpozyton (e+) (e+)

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 32: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Generacje cząstek Generacje cząstek materii materii

Zauwazmy ze zarowno kwarki Zauwazmy ze zarowno kwarki jak i leptony wystepuja w trzech jak i leptony wystepuja w trzech grupach Kazda z tych grup grupach Kazda z tych grup nazywamy nazywamy generacjageneracja czastek czastek materii Czastki z kazdej materii Czastki z kazdej nastepnej generacji maja coraz nastepnej generacji maja coraz wieksza mase wieksza mase

Cala widoczna materia we Cala widoczna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji kwarkow gornego (up) i dolnego kwarkow gornego (up) i dolnego (down) oraz elektronow Czastki (down) oraz elektronow Czastki drugiej i trzeciej generacji sa drugiej i trzeciej generacji sa niestabilne i rozpadaja sie tworzac niestabilne i rozpadaja sie tworzac czastki pierwszej generacji Z tego czastki pierwszej generacji Z tego powodu cala stabilna materia we powodu cala stabilna materia we wszechswiecie jest zbudowana z wszechswiecie jest zbudowana z czastek pierwszej generacji czastek pierwszej generacji

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 33: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Dlaczego generacje cząstek Dlaczego generacje cząstek materii materii

Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie Pojawia sie pytanie jesli prawie nigdy nie obeserwujemy we wszechswiecie czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy czastek z wyzszych generacji to co powoduje ze one w ogole istmieja Kiedy w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to w roku 1936 odkryty zostal mion ( ) fizyk II Rabi zapytal sie Kto to zamowil zamowil

Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i Bez zrozumienia mechanizmu wyjasniajacego istnienie drugiej i trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze trzeciej generacji czastek nie mozna wykluczyc ze istnieja jeszcze inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa inne ciezsze kwarki i leptony Mozliwe ze kwarki i leptony nie sa czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych czastkami elementarnymi lecz sa zbudowane z jeszcze mniejszych skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz skladnikow ktorych wzajemne oddzialywanie ujawnia sie na zewnatrz jako rozne generacje czastek jako rozne generacje czastek

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 34: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Cztery rodzaje Cztery rodzaje oddziaływań oddziaływań Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne Caly znany nam wszechswiat istnieje poniewaz czastki elementarne

oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac oddzialywuja czy to rozpadajac sie anihilujac lub tez odpowiadajac na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas na sily powstale wskutek obecnosci innych czastek (np podczas zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne zderzen) Sa trzy rodzaje oddzialywan pomiedzy czastkami (silne slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne) slabe grawitacyjne i elektromagnetyczne)

Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach Powinnismy pamietac o nastepujacych definicjach SilaSila

Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Efekt wywarty na dana czastke przez obecnosc innej czastki Oddzialywanie Oddzialywanie

Sily i rozpady jakim Sily i rozpady jakim podlega dana czastka podlega dana czastka

Slowo oddzialywanie nie oznacza Slowo oddzialywanie nie oznacza tego samego co slowo sila tego samego co slowo sila oddzialywanie jest okresleniem oddzialywanie jest okresleniem o szerszym znaczeniu Czesto te o szerszym znaczeniu Czesto te slowa sa zamieniane ale fizycy slowa sa zamieniane ale fizycy wola slowo oddzialywanie wola slowo oddzialywanie

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 35: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

ANIONANION

Jon ujemny atom lub Jon ujemny atom lub grupa atomoacutew wykazująca grupa atomoacutew wykazująca ujemny ładunek elektryczny ujemny ładunek elektryczny Aniony mają nadmierną liczbę Aniony mają nadmierną liczbę elektronoacutew tworzą się np elektronoacutew tworzą się np podczas dysocjacji podczas dysocjacji elektrolitycznejelektrolitycznej

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 36: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

BARIONYBARIONYCząstki o spinie połoacutewkowym Cząstki o spinie połoacutewkowym

Do barionoacutew zalicza się hiperony Do barionoacutew zalicza się hiperony i nukleony i nukleony

oraz ich stany rezonansowe oraz ich stany rezonansowe Bariony biorąBariony biorą

udział w oddziaływaniach udział w oddziaływaniach silnych silnych

a także elektromagnetycznych i a także elektromagnetycznych i słabychsłabych

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 37: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Tablica barionoacutew Tablica barionoacutew

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 38: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

BOZONY- CZĄSTKI BOZONY- CZĄSTKI BOSEGOBOSEGO

Cząstki o spinie Cząstki o spinie całkowitym Są nimi całkowitym Są nimi fotony mezony układy fotony mezony układy złożone z bozonoacutew a złożone z bozonoacutew a także układy złożone z także układy złożone z parzystej liczby parzystej liczby fermionoacutew Liczba fermionoacutew Liczba bozonoacutew w dowolnym bozonoacutew w dowolnym stanie kwantowym nie stanie kwantowym nie jest ograniczona a jest ograniczona a układ taki opisywany układ taki opisywany jest funkcją falową jest funkcją falową

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 39: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

DEUTERONDEUTERON Jądro atomu deuteru -wodoru Jądro atomu deuteru -wodoru

ciężkiego Składa się z ciężkiego Składa się z protonu i neutronu Liczba protonu i neutronu Liczba atomowa 1 liczba masowa 2 atomowa 1 liczba masowa 2 Oznaczany symbolem Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub chemicznym D+ lub symbolem d stosowany jest symbolem d stosowany jest do wywoływania reakcji do wywoływania reakcji jądrowychjądrowych

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 40: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

ELEKTRONELEKTRON Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 91 middot 10-31kg

ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta ujemnym ładunku elektrycznym 16 middot 10-19C i spinie odkryta w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew w 1897r przez JJ Thomsona Obok protonoacutew i neutronoacutew elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w elektrony są podstawowymi składnikami materii tworzącymi w atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o atomach powłoki elektronowe ktoacuterych struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron właściwościach fizycznych i chemicznych materii Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku posiada swoją antycząstkę - pozyton o dodatnim ładunku elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony elektrycznym roacutewnym ładunkowi negatonu Elektrony występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w występują też jako cząstki swobodne wyrwane z atomoacutew w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły pracy wyjścia (pracy jaką trzeba wykonać by przemoacutec siły wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym wiążące elektron z atomem np w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też lub w wyniku termoemisji) Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych w przemianach promieniotwoacuterczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też cząstek elementarnych Wiązki elektronoacutew mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Brogliea znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 41: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

FERMIONYFERMIONY Cząstki podlegające statystyce Cząstki podlegające statystyce

kwantowej Fermiego-Diraca -stąd kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa Charakteryzują się spinami nazwa Charakteryzują się spinami połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą połoacutewkowymi Do fermionoacutew należą min elektrony nukleony neutrina min elektrony nukleony neutrina

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 42: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

FONONFONON Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna Kwant energii pola elektromagnetycznego cząstka elementarna

o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie o masie spoczynkowej m 0 = 0 l liczbie spinowej s = 1 nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w magnetycznego poruszająca się z prędkością światła w proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania proacuteżni Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) elektromagnetycznego jego energia (E) pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są roacutewne E = hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała hν p = hν c m = h ν c2 gdzie h = 66210-34 Js (stała Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra Plancka) Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica z niższego na wyższy poziom energetyczny Ponieważ roacuteżnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych określona wielkość fotonoacutew emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest przez dany atom lub jądro nie może być dowolna lecz jest roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być roacutewna tej roacuteżnicy Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie istnienia fotonu wysunął w 1905r A Einstein na podstawie koncepcji kwantoacutew M Plancka koncepcji kwantoacutew M Plancka

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 43: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

GLUONGLUONCząstka elementarna Cząstka elementarna bozon pośredniczący w bozon pośredniczący w oddziaływaniach oddziaływaniach silnych silnych kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony kwarkoacutew W oddziaływaniach silnych gluony odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu oddziałują ze sobą Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas stanach ładunkowych (tzw kolorach) Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją może jest to w ogoacutele niemożliwe) jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia silne przesłanki doświadczalne ich istnienia Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo Nazwa pochodzi od angielskiego słowa ldquogluerdquo (klej) (klej)

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 44: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

GRAWITONGRAWITON Przewidywany teoretycznie lecz Przewidywany teoretycznie lecz

dotąd nie zaobserwowany kwant dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego Według pola grawitacyjnego Według kwantowej teorii pola grawiton kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową powinien mieć masę spoczynkową roacutewną zero i spin roacutewny 2roacutewną zero i spin roacutewny 2

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 45: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

HADRONYHADRONY Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych

biorących udział we wszystkich rodzajach biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych) Dzielą się na bariony (fermiony o spinie Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie połoacutewkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym) Większość hadronoacutew jest całkowitym) Większość hadronoacutew jest nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony nietrwała Składają się z kwarkoacutew np bariony są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary są zbudowane z 3 kwarkoacutew mezony zaś z pary kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 kwark-antykwark Mają rozmiar rzędu 10-15 metra metra

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 46: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

HIPERONYHIPERONYCząstki elementarne z grupy barionoacutew Cząstki elementarne z grupy barionoacutew

cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od cięższe od nukleonoacutew lecz lżejsze od deuteronoacutew Hiperony powstają w deuteronoacutew Hiperony powstają w zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z zderzeniach mezonoacutew i nukleonoacutew z nukleonami lub jądrami atomowymi nukleonami lub jądrami atomowymi Są cząstkami nietrwałymi o średnim Są cząstkami nietrwałymi o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy czasie życia rzędu 10-10 sekundy rozpadają się zazwyczaj w procesach rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych niekiedy w oddziaływań słabych niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych Pierwszy elektromagnetycznych Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r hiperon został odkryty w 1947 r przez GD Rochestera i CC Butlera przez GD Rochestera i CC Butlera

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 47: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

JONJON Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem Atom lub grupa atomoacutew obdarzona ładunkiem

elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektrycznym powstają w wyniku jonizacji przyłączania elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i elektronoacutew do obojętnych atomoacutew lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby dysocjacji elektrolitycznej W zależności od liczby posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub posiadanych ładunkoacutew elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd utraconych elektronoacutew) mogą być jedno- dwu- troacutej- itd dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony) Charakteryzuje je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki je roacutewnież określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektronowej Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się elektrycznym) W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są ( ulegają rekombinacji) w roztworach elektrolitoacutew są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci rozpuszczalnikiem występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne krystalicznej tzw kryształoacutew jonowych Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi W organizmach żywych występują we chemicznymi W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew np na biochemiczne właściwości białek) Nazwę jonoacutew wprowadził w 1824r M Faraday wprowadził w 1824r M Faraday

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 48: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

KATIONKATIONJon dodatni atom lub cząsteczka z Jon dodatni atom lub cząsteczka z

niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation niedomiarem elektronoacutew Przykłady kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation (prosty) sodu Na+ kation potasu K+ kation wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu wapnia Ca2+ kation (złożony) amonu NH4+ kation (kompleksowy) NH4+ kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+ W procesie elektrolizy kationy wędrują do procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda) katody (elektroda)

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 49: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

KWARKIKWARKI Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki Podstawowe uznawane za najbardziej elementarne cząstki

materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi materii z ktoacuterych zgodnie ze wspoacutełcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 modelami zbudowane są hadrony W przyrodzie istnieje 6 kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany kwarkoacutew i 6 odpowiadających im antykwarkoacutew Ich odmiany (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich (tzw zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c nazw u (up - goacuterny) d (down - dolny) s (strange - dziwny) c (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom (charm - powabny) b (beauty - piękny nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy) Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną Wszystkie kwarki mają spin frac12 liczbę barionową 13 oraz jedną z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t z dwoacutech wartości ładunku elektrycznego kwarki u c t ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek 23 e natomiast kwarki d s b ładunek 13 e ( e - ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące ładunek elementarny) Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a obiekty Tworzą one inne cząstki (np protony neutrony) a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielonejako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 50: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (roacuteżniące się od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o od kwarkoacutew w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach

całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest całkowitych np proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 przez 2 kwarki u i 1 kwarek d neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza kwarek u mezon+ - po jednym kwarku u i d Hipoteza

zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych zakładająca istnienie kwarkoacutew jako podstawowych składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r składnikoacutew hadronoacutew została sformułowana w 1964 r niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa niezależnie przez M Gell-Manna i G Zweiga Nazwa

kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna kwarkoacutew wprowadzona przez M Gell-Manna Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Poszukiwania dowodoacutew istnienia kwarkoacutew trwały wiele lat Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew Stanforda w USA a istnienie ostatniego z sześciu kwarkoacutew - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu r Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu

standardowego najbardziej zaawansowanego modelu standardowego najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego świata materialnego

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 51: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Oni otrzymali Nobla Oni otrzymali Nobla za kwarkiza kwarki

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 52: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

LEPTONYLEPTONYCząstki elementarne nie biorące Cząstki elementarne nie biorące

udziału w oddziaływaniach silnych udziału w oddziaływaniach silnych np neutrina elektrony miony np neutrina elektrony miony Wszystkie leptony są fermionami Wszystkie leptony są fermionami mają spin połoacutewkowy i liczbę mają spin połoacutewkowy i liczbę barionową roacutewną 0 barionową roacutewną 0

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 53: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

MEZONYMEZONYSilnie oddziałujące cząstki Silnie oddziałujące cząstki

elementarne o spinie elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie całkowitym i zerowej liczbie barionowej Do najlepiej barionowej Do najlepiej poznanych należą piony poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony (mezony pi) i kaony (mezony K) Nazwa pochodzi od K) Nazwa pochodzi od greckiego meacutesos - pośredni greckiego meacutesos - pośredni bowiem mezony mają masę bowiem mezony mają masę pośrednią między masą pośrednią między masą elektronu i masą protonu elektronu i masą protonu

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 54: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

MIONY μMIONY μ Cząstki elementarne o ładunku Cząstki elementarne o ładunku

elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektrycznym roacutewnym ładunkowi elektronu i masie 1057 MeV Są elektronu i masie 1057 MeV Są nietrwałe (średni czas życia wynosi nietrwałe (średni czas życia wynosi 2197 10-6 s) Mają własności 2197 10-6 s) Mają własności podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 podobne do elektronoacutew Odkryte 1937 przez CD Andersona i SH przez CD Andersona i SH NeddermeyeraNeddermeyera

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 55: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

NEGATONNEGATONNazwa wprowadzona Nazwa wprowadzona

1948 dla ujemnego 1948 dla ujemnego elektronu w elektronu w odroacuteżnieniu od odroacuteżnieniu od elektronu elektronu dodatniego -dodatniego -pozytonu wraz z pozytonu wraz z ktoacuterym tworzy ktoacuterym tworzy pierwszą poznaną pierwszą poznaną parę bdquocząstka ndash parę bdquocząstka ndash antycząstkardquo antycząstkardquo

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 56: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

NEUTRINO νNEUTRINO νTrwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o Trwała cząstka elementarna z grupy leptonoacutew o

ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie ładunku elektrycznym roacutewnym zeru i spinie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie połoacutewkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej Neutrina są produktem spoczynkowej Neutrina są produktem promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu promieniotwoacuterczego rozpadu β wychwytu elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i elektronu i rozpadu mionoacutew oraz mezonoacutew π i K (istnieją neutrina elektronowe neutrina K (istnieją neutrina elektronowe neutrina mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 mionowe neutrina taonowe ) Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało sekundę ok 1 mln neutrinoacutew Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W w 1931r przewidziane teoretycznie przez W Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Pauliego a zaobserwowane w 1956 r przez F Reinesa i CL Cowana Reinesa i CL Cowana

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 57: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

NEUTRONNEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek Cząstka elementarna z grupy barionoacutew Ładunek elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin elektryczny 0 masa 167 middot 10-27kg spin połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako połoacutewkowy Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych Swobodny neutron ulega rozpadowi β na Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton elektron i antyneutrino elektronowe proton elektron i antyneutrino elektronowe Średni czas życia 093 103 s Dzięki Średni czas życia 093 103 s Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r atomowego) Neutron został odkryty w 1932 r przez J Chadwicka przez J Chadwicka

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 58: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

NUKLEONNUKLEON Cząstka elementarna podstawowy Cząstka elementarna podstawowy

składnik materii jądrowej istniejąca w składnik materii jądrowej istniejąca w dwoacutech stanach ładunkowych nukleon dwoacutech stanach ładunkowych nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon naładowany dodatnio - proton nukleon elektrycznie obojętny - neutron Masa elektrycznie obojętny - neutron Masa obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi obu nukleonoacutew w przybliżeniu wynosi 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca 939 MeVc2 Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw nukleony mają antycząstki (tzw antynukleony) ktoacuterych istnienie antynukleony) ktoacuterych istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie zastało potwierdzone doświadczalnie Nukleony biorą udział w Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych oddziaływaniach silnych elektromagnetycznych i słabych elektromagnetycznych i słabych Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana Liczba nukleonoacutew w jądrze jest zwana liczbą masową ale w atomach danego liczbą masową ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -pierwiastka może być zmienna -izotopy izotopy

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 59: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

PARTONYPARTONYWspoacutelna nazwa dla cząstek będących Wspoacutelna nazwa dla cząstek będących

składnikami barionoacutew i mezonoacutew składnikami barionoacutew i mezonoacutew Hipoteza partonoacutew sformułowana Hipoteza partonoacutew sformułowana została po odkryciu złożoności została po odkryciu złożoności protonu przez R Hofstadter protonu przez R Hofstadter Wykorzystywana jest w obliczeniach Wykorzystywana jest w obliczeniach Zgodnie z obecnym stanem wiedzy Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony kwarki i partonami są gluony kwarki i antykwarki antykwarki

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 60: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

POZYTONPOZYTON Cząstka elementarna Cząstka elementarna

(antycząstka negatonu) o (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak takiej samej masie jak masa elektronu lecz o masa elektronu lecz o elementarnym ładunku elementarnym ładunku dodatnim Swobodny dodatnim Swobodny pozyton jest cząstką pozyton jest cząstką trwałą Jego zderzenie z trwałą Jego zderzenie z negatonem prowadzi do negatonem prowadzi do anihilacji Odkryty w anihilacji Odkryty w 1932 r przez CD 1932 r przez CD Andersona Andersona

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 61: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac Kiedy elektron i pozyton (antyelektron) zderzaja sie przy wysokiej energii moga aninihilowac produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne) produkujac mezony D+ i D- (czastki powabne)

Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 1 Elektron i pozyton zmierzaja ku swej pewnej zagladzie Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 2 Zderzaja sie i anihiluja uwalniajac kolosalne ilosci energii Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych Rysunek 3 Elektron i pozyton zanihilowaly w wirtualny foton lub wirtualna czastke Z z ktorych

obie sa obie sa wirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywanwirtualnymi czastkami nosnikami oddzialywan Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 4 Z wirtualnego nosnika oddzialywania tworzy sie powabna para kwark c i antykwark c Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac Rysunek 5 Kwark i antykwark zaczynaja sie oddalac od siebie napinajac pole sil kolorowychpole sil kolorowych

(pole gluonowe) pomiedzy soba (pole gluonowe) pomiedzy soba

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 62: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 6 Oddalanie kwarkow trwa Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia Rysunek 7 Energia nagromadzona w polu sil wzrasta z odlegloscia

pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona pomiedzy kwarkami Gdy jest jej dostatecznie duzo zostaja zamieniona w pare kwark i anty-kwark (pamietaj ) w pare kwark i anty-kwark (pamietaj )

Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo Rysunki 8-10 kwarki i antykwarki grupuja sie w neutralne kolorowo czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku czastki D+ (mezon skladajacy sie z kwarku powabnego i antykwarku dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i dolnego) oraz D- (mezon skladajacy sie z antykwarku powabnego i kwarku dolnego) kwarku dolnego)

Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna Stany posrednie tego procesu pojawiaja sie w czasie krotszym niz jedna milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do milardowa miliardowej miliardowej czesci sekundy i sa niemozliwe do zaobserwowaniazaobserwowania

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 63: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

PROTONPROTON Trwała cząstka elementarna o Trwała cząstka elementarna o

masie spoczynkowej 167 10-27 masie spoczynkowej 167 10-27 kg elementarnym ładunku kg elementarnym ładunku dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 dodatnim 160 10-19 C i spinie frac12 Składnik każdego jądra Składnik każdego jądra atomowego Liczba protonoacutew w atomowego Liczba protonoacutew w jądrze atomowym stanowi jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z) Odkryty w 1919 r przez E (Z) Odkryty w 1919 r przez E Rutherforda W 1955 r odkryto Rutherforda W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyprotonantycząstkę protonu - antyproton

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 64: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

TACHIONYTACHIONY Hipotetyczne cząstki o prędkościach Hipotetyczne cząstki o prędkościach

większych od prędkości światła w większych od prędkości światła w proacuteżni Ruch tachionu byłby proacuteżni Ruch tachionu byłby roacutewnoważny poruszaniu się wstecz roacutewnoważny poruszaniu się wstecz w czasie w czasie

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
Page 65: Cząstki elementarne - ZSE im. A. i J. Vetterów w Lublinie · PPT file · Web view2008-03-14 · Cząstki elementarne Wykonał: SEBASTIAN SZYMANEK SEBASTIAN KOZAK Spis treści Co

LiteraturaLiteratura wwwgoogleplwwwgooglepl wwwwikipediaplwwwwikipediapl wwwpwnplwwwpwnpl wwwifjedupl wwwifjedupl

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Slide 33
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Slide 37
  • Slide 38
  • Slide 39
  • Slide 40
  • Slide 41
  • Slide 42
  • Slide 43
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Slide 67
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74