elementárne častice
DESCRIPTION
Kód ITMS projektu: 26110130519 Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia. Elementárne častice. Obsah. Urýchľovače vo svete Elementárne častice Častice polí – kalibračné bozóny Kvarky Štandardný model Otvorené otázky Zdroje. Ionizujúce žiarenie - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Elementárne častice
Kód ITMS projektu: 26110130519Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia
Vzdelávacia oblasť: Človek a príroda
Predmet Fyzika
Ročník, triedy: VIII.OA
Tematický celok: Subjadrová fyzika
Vypracoval: RNDr. Marián Koreň
Dátum: február 2013
Obsah
• Ionizujúce žiarenie• Detektory častíc• Dráhové komory• Geiger - Müllerov počítač• Urýchľovač – cyklotrón• Lineárny urýchľovač
2
• Urýchľovače vo svete• Elementárne častice•Častice polí – kalibračné bozóny•Kvarky•Štandardný model•Otvorené otázky•Zdroje
Ionizujúce žiarenie
3
Elektromagnetické žiarenie s dostatočne vysokou frekvenciou (UV, RTG, γ) na svojej dráhe ionizujú atómy látky. Takéto žiarenie nazývame ionizujúcim žiarením a podľa ionizačných účinkov ho registrujeme.
Pri zrážke odovzdá rýchlo letiaca častica atómu látkyčasť svojej kinetickej energie.
Ak je táto energia dostatočne veľká, odtrhne sa z atómu elektrón a atóm sa ionizuje.
Detektory častíc môžeme rozdeliť do troch základných skupín: 1.detektory zobrazujúce trajektóriu častice (hmlová komora) 2.detektory počítajúce častice (Geigerův - Müllerov počítač)3.kalorimetre - detektory merajúce energiu častíc.
Detektory častíc
4
Hmlová komoraPary kvapaliny (voda, etanol,..) v presýtenom staveAk prejde komorou nabitá častica, ionizuje molekuly pary, ktoré sa stávajú kondenzačnými centrami, vznikajú malé kvapôčky kvapalinyKvapôčky je možné zobraziť na fotografii
Bublinová komoraKvapalina v prehriatom staveAk prejde komorou nabitá častica, ionizuje molekuly pary, ktoré sa stávajú zárodkami bubliniekBublinky je možné zobraziť na fotografii
Hmlová komoraPary kvapaliny (voda, etanol,..) v presýtenom staveAk prejde komorou nabitá častica, ionizuje molekuly pary, ktoré sa stávajú kondenzačnými centrami, vznikajú malé kvapôčky kvapalinyKvapôčky je možné zobraziť na fotografii
Bublinová komoraKvapalina v prehriatom staveAk prejde komorou nabitá častica, ionizuje molekuly pary, ktoré sa stávajú zárodkami bubliniekBublinky je možné zobraziť na fotografii
5
Dráhové komory
Geiger – Müllerov počítač
6
Urýchľovače - cyklotrón
7
V cyklotróne sa častice urýchľujú rádovo na energiu 10MeV.
V týchto cyklotrónoch sa urýchľujúprotóny, ktoré vo vhodných jadrových reakciách vytvárajú označené atómy(jadrá) používané napríklad v PET. (Positron Emission Tomography)
Rozmer cyklotrónu je niekoľko metrov.
Urýchľovač sa skladá zo sústavy kovových trubíc, striedavo napojených na zdroj vysokofrekvenčného elektrického napätia. Častice vchádzajú do systému trubíc v mieste označenom šípkou.Dĺžky trubíc sa postupne zväčšujú, pretože rýchlosť častíc sa zväčšuje a kým častica preletí trubicou, napätie v medzere sa musí zmeniť a urýchľovať časticu v smere jej pohybu.
Lineárny urýchľovač
8
Urýchľovače vo svete
9
Ružomberský synchrotrón
Stanford Linear AcceleratorCenter (SLAC)
Large Hadron Collider LHC
Elementárne častice
10
Častice bez vnútornej štruktúry - elementárne:Leptóny: elektrón (pozitrón),
mión, tauón, neutrínaNositelia interakcií:
fotón, gluón, gravitón, W a Z bozóny
Častice zložené z kvarkov:Hadróny – silno interagujúce častice:
mezóny ( kvark – antikvark) π-mezón, D, B, F - mezónbaryóny (3 kvarky) nukleóny: p=uud, n=udd,
hyperóny: Λ, Σ, Ω - hyperón
Častice bez vnútornej štruktúry - elementárne:Leptóny: elektrón (pozitrón),
mión, tauón, neutrínaNositelia interakcií:
fotón, gluón, gravitón, W a Z bozóny
Častice zložené z kvarkov:Hadróny – silno interagujúce častice:
mezóny ( kvark – antikvark) π-mezón, D, B, F - mezónbaryóny (3 kvarky) nukleóny: p=uud, n=udd,
hyperóny: Λ, Σ, Ω - hyperón
Častice polí - kalibračné bozóny
11
Častica poľa Pole/interakcia Charakteristika Poznámka
Fotón elektromagnetické pole
častica elektromagnetickéh
o žiarenia
fos - svetlo
gravitón gravitačné pole častica gravitačného poľa
nepozorovaný
gluón silná interakcia medzi kvarkami
W a Z bozóny slabá interakcia premena častíc protón, neutrón
W - weak/slabýZ - zero
Kvarky
12
meno značka anglicky náboj e hmotnosť (MeV/c2)
Horný kvark u up +2⁄3 1,5 – 3,3
Dolný kvark d down −1⁄3 3,5 – 6,0
Pôvabný kvark c charm +2⁄3 1 160 – 1 340
Podivný kvark s strange −1⁄3 70 – 130
Vrchný kvark t top/true +2⁄3 169 100 – 173 300
Spodný kvark b botom −1⁄3 4 130 – 4 370
Štandardný model
13
Otvorené otázky
14
Štandardný model dáva odpoveď na mnohé otázky o štruktúre a stabilite hmoty. Potrebujeme na to len šesť druhov kvarkov a leptónov a štyri fundamentálne sily. Existuje ešte veľa nezodpovedaných otázok!
•Mali by sme vo svete pozorovať na základe symetrie rovnaké množstvo hmoty a antihmoty. Pozorujeme len normálnu hmotu! Prečo?•Čo tvorí "tmavú hmotu", ktorú nemôžeme vidieť, ale má vo vesmíre viditeľné gravitačné pôsobenie?•Prečo nemôže štandardný model predpovedať hmotnosti častíc?•Sú kvarky a leptóny skutočne fundamentálne častice, alebo sú tvorené z ešte menších častíc?•Prečo existujú práve tri generácie kvarkov a leptónov?•Ako do toho všetkého zapadá gravitácia?
Štandardný model dáva odpoveď na mnohé otázky o štruktúre a stabilite hmoty. Potrebujeme na to len šesť druhov kvarkov a leptónov a štyri fundamentálne sily. Existuje ešte veľa nezodpovedaných otázok!
•Mali by sme vo svete pozorovať na základe symetrie rovnaké množstvo hmoty a antihmoty. Pozorujeme len normálnu hmotu! Prečo?•Čo tvorí "tmavú hmotu", ktorú nemôžeme vidieť, ale má vo vesmíre viditeľné gravitačné pôsobenie?•Prečo nemôže štandardný model predpovedať hmotnosti častíc?•Sú kvarky a leptóny skutočne fundamentálne častice, alebo sú tvorené z ešte menších častíc?•Prečo existujú práve tri generácie kvarkov a leptónov?•Ako do toho všetkého zapadá gravitácia?
Použité zdroje
15
Fyzika pre 4. ročník gymnázií, Ján Pišút a kolektív, SPN Bratislava 2003Fyzika pre 4. ročník gymnázia, Ján Pišút a kolektív, SPN Bratislava 1991http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/Geiger.pnghttp://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/Ionizaciaplyn_html_mdc587f0.pnghttp://observatory.cz/static/vystavy/castice/5-komora.phphttp://www.profimedia.sk/fotografie/meranie-radioaktivity-hornin-vzorky-s-geiger-mullerov-pocitac/0002427164/http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/73/Cyklotron.jpghttp://scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/05/LHC_hall_1.jpeghttp://scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/05/doe_slac_01.jpeghttp://scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/05/lhc-sim.jpeghttp://sk.wikipedia.org/wiki/Zoznam_element%C3%A1rnych_%C4%8Dast%C3%ADchttp://www.physik.uzh.ch/lectures/MC2009/cd/exercises/keyhole/sk/theory/main-4.htmlhttp://www.qwertasip.estranky.cz/clanky/par-slov-o-atomech.htmlhttp://www.kf.fpv.ukf.sk/ParticleAdventure/slovak/frameless/beyond_start.html