2. Potraga za osnovnim sastavnicama
kosmosa seže daleko u prošlost
• Atomska Demokritova hipoteza
• Koliko ima “osnovnih” cigli?
• - zrak
– vatra
– zemlja
– voda
Kažu stari Grci.
3. 1911. Rutherford je našao nukleus u atomu tako što je alfa čestice usmjeravao
na tanke folije od zlata otkrivši da se neke od njih odbijaju i vraćaju nazad.
Rutherford: atomi nisu elementarne čestice!
4. Atomi
Svi atomi su građeni od protona, neutrona
u jezgru i elektrona koji kruže oko jezgra
elektron
proton
neutron
Protoni i
neutroni su
sastavljeni od
kvarkova
Elektron je prva
elementarna čestica
Koja je otkrivena
(JJ Thomson 1897)
5. Periodni sistem elemenata
U Periodnom sistemu elemenata ima 114 elementa sa različitim
osobinama: masa, kristalna struktura, tačka topljenja …
6. Atomi su složeni objekti
• Protoni (+ električni naboj), p
• Elektroni (– električni naboj), e
• Neutroni (nez naboja), n
• Proton i Neutron imaju približne mase
• Elektron je oko 2000 puta manje mase od protona
• Električne sile stvaraju privlačenje između elektrona i protona u
nukleusu
11. Od atoma do kvarkova
Atomi i subatomske čestice su mnogo manji nego talasna dužina vidljive svjetlosti.
Zato ih zaista ne možemo “vidjeti”. Svi crteži dolaze iz umjetničke mašte.
Da bismo više saznali o subatomskim strukturama, trebaju nam akceleratori čestica.
Koliko su mali najmanji sastavni dijelovi materije?
~ 10-10
m
~ 10-14
m
~ 10-15
m
<10-18
m
<10-1 8
m
13. Početkom 20. stoljeća počinje gomilanje elementarnih čestica. Da bi se
objasnilo izlijetanje elektrona iz električki neutralnog atoma, mora se
pretpostaviti postojanje pozitivnog naboja u atomu. Nosioci tog naboja
nazvani su protoni.
Time je neutralnost atoma postala logična; on je sastavljen od
negativnih elektrona i pozitivnih protona. U atomu ih je toliko da se
njihov broj uravnotežuje. Međutim, pojavio se nedostatak ovakve šeme.
Naime, prebrojavajući elektrone i protone u atomu izlazi da u atomu
nedostaje oko polovica mase. Privremeno rješenje je bilo da atom
sadrži jednak broj protona i elektrona, s tim što je polovica elektrona
smeještena oko jezgre a druga polovica i svi protoni u jezgri.
Malo istorije
14. Ali i ovo rješenje je osporeno. W. Heisenberg je pomoću relacija
neodređenosti, pokazao da nije moguće da elektron boravi u jezgri
atoma. On predlaže da jezgra atoma uz pozitivni proton sarži i
neutralnu česticu mase podjednake masi protona. Tu česticu
nazvali su neutron.
Prije 1930. kao elementarne čestice poznate su samo proton, elektron i
foton. Elektron je 1897. identifikovao Thomson, a foton je 1905.
definirao Einstein.
Foton je elementarna čestica, kvant elektromagnetnog zračenja, koji se
u vakuumu kreće brzinom svjetlosti c, nema masu, a sadrži energiju:
E = hf , gdje je h - Plankova konstanta, a f - frekvencija
Malo istorije
15. Neutron
•I pored rapidnog napretka fizike u prvih par
dekada 20-tog stoljeća nije bilo poznato više
elementarnih čestica sve do 1932. kada je
Chadwick dokazao postojanje neutrona.
1932. James Chadwick je otkrio neutron.
Time je riješen problem nedostatka mase u
atomu: broj elektrona u atomu jednak je broju
protona, a broj neutrona je onoliki koliko ih
treba da upotpune masu atoma. Tako je broj
neutrona približan broju protona, što je inače
zavisno od svakog konkretnog atoma.
•A kada je otkriven neutron, činilo se da su
dovoljna ova 3 sastavna elementa: elektron,
proton i neutron.
James Chadwick (1891-1974)
16. Neutrino
To je bilo dovoljno, sve do otkrića β raspada. Naime, u β raspadu
zbivala se čudna pojava – nestajala je energija. Kad se napravio
„obračun“ energije prije raspada i uporedio s onim poslije raspada
rezultat je bio da elektroni odlaze s premalo energije. Rješenje je da
negdje nestaje energija ili je pronađen događaj koji narušava
osnovno pravilo dotadašnje fizike – zakon očuvanja energije.
Čvrstu odbranu zakona očuvanja energije je izveo W.Pauli.
Pauli iznosi hipotezu da pri β raspadu dio energije sa sobom odnosi
čestica koja nastaje u raspadu. Čestica, radi očuvanja neutralnosti
atoma, treba biti neutralna pa je imenuju neutrino, mali neutron.
Masa neutrina je jako malena , ali on odnosi taj nedostajući dio
energije.
17. Uvođenje neutrina
Neutrino, igra važnu ulogu
kod radioaktivnih raspada
n -> p+
+ e-
+ ve
Čestica ve (elektronski neutrino) je u bliskoj vezi sa elektronom, ali
ima sasvim drugačije osobine.
Ime Masa Naboj
elektron 0.0005 GeV -1
Elektronski neutrino < 0.00000001 GeV 0
-
18. Klasifikacija čestica
Sve čestice se mogu svrstati na dva načina , prema spinu i prema
nekom drugom svojstvu.
Čestice se prema spinu dijele na fermione i bozone.
Fermioni su one čestice koje imaju polovični spin , a bozoni
čestice koje imaju cjelobrojni spin. Dalje, pokazuje se da su fermioni oni
od kojih je građena materija, a bozoni oni koji prenose interakciju i tako
održavaju vezu među fermionima.
Neka druga podjela svrstava čestice u tri grupe: kvanti polja, leptoni i
hadroni.
Hadroni obuhvaćaju dvije podgrupe: mezone i barione.
U kvantnoj elektrodinamici polje se opisuje pomoću nosilaca
međudjelovanja, tzv. kvanata polja.
19. Nicolo Cartiglia -INFN Torino 19
u
d
c
s
t
b
e µ τ
νe
νµ ντ
Problem:
Priroda koristi ove 4
čestice
quark
leptons
12 fundamentalnih čestica
Nije jasno zašto
ove postoje
22. Standardni model
Materija
• 6 kvarkova
• 6 leptona
Grupirani u 3 generacije
Sile
• Elektroslaba:
− γ (foton)
- Z0
, W±
• Jaka
- g (gluon)
Ovaj model je veoma dobar za opisivanje svega do sada
uočenog u subatomskom svijetu. Ali tu mora biti nečeg
mnogo više!
Okvir koji sadrži:
Nema gravitacije!
Još nema kvantne teorije
Gravitacionog polja!
H= nedostajuća čestica: Higgs-ov Bozon
23. Klasifikacija je zasnovana na 4 (3) temeljna međudjelovanja u prirodi:
1.Kvanti elektromagnetnog i slabog nuklearnog polja
(tzv.elektroslabo polje)
Toj skupini čestica pripadaju foton i intermedijarni bozoni.
Foton je elementarna čestica, kvant elektromagnetnog zračenja, koji
se u vakuumu kreće brzinom svjetlosti c, nema masu, a sadrži energiju:
E = hf , gdje je h - Plankova konstanta, a f - frekvencija
Intermedijarni bozoni su čestice velike mase (90 GeV/c2
) i nosioci su
slabe nuklearne sile. Otkrili su ih Carlo Rubbia i Simon van der Meer iz
Evropskog nuklearnog centra u Ženevi (Cern), koji su za to otkriće dobili
1984.godine Nobelovu nagradu.
24. 2.Leptoni
Leptoni dolaze od grčke riječi “leptos” što znači sitan ili tanak.
Leptoni su lagane elementarne čestice koji ne reagiraju na jaku silu pa
djeluju slabim nuklearnim silama. Imaju naboj 1 (osim neutrina koji su
neutralni). Karakterizira ih zakon očuvanja leptonskog broja - zbir leptona
(leptonski broj 1) i antileptona (leptonski broj -1) koji ulaze u reakciju jednak
je broju leptona koji iz nje izlaze. Spin im je 1/2 te poštuju Paulijev princip
isključivosti.
Leptoni su:
elektron, tri vrste neutrina, mion i čestica τ
Mion možemo shvatiti kao teški elektron.
Masa mu je bliska masi piona i kad je pronađen smatralo se da je to mezon.
25. 3.Hadroni
Hadroni dolaze od grčke riječi hadros što znači jak , snažan.
Hadroni su teške elementarne čestice. Oni međudjeluju jakom nuklearnom
silom koja je najjača u prirodi. Tipični hadroni su nukleoni tj. neutron i
proton.
Hadroni su prema masi podijeljeni ma: - mezone (mase između e i p)
- barione (tj.one koje su teški)
Danas ta podjela nije više opravdana!
Bolja je podjela koja kaže:
Mezoni su oni hadroni čiji je spin 0 ili cjelobrojni višekratnik h/2π.
Barioni tj. nukleoni i hiperoni imaju spin jednak neparnom višekratniku
(h/2π),tj. ½ (h/2π) , 3/2(h/2π)…
Vrijednost spina određuju statistička svojstva čestica:
Bozone određuje Bose-Einsteinova statistika,
a fermione Fermi-Diracova statistika.
26. Slaba interakcija
•U 60-tim godinama prošlog
vijeka Glašou (Sheldon
Glashow), Vajnberg (Steven
Weinberg) i Abdus Salam su
predvidjeli da postoje
čestice, koje su oni nazvali
W (za weak=slab) i Z i da su
one odgovorne za slabu
interakciju.
•Te čestice su uočene.
Sheldon
Glashow
(1932- )
Abdus Salam
(1926-1996)
27. Graviton
•Sugerisano je da postoje čestice
•Nazvane gravitoni koje su
•odgovorne za gravitacionu
•interakciju.
•Graviton je medijator gravitacije u kvantnoj teoriji polja i postuliran je radi
uspjeha fotona u kvantnoj teoriji elektrodinamike.
•Graviton mora biti bez mase , mora putovati brzinom svjetlosti, imati spin
2, i mora intereagovati sa svim česticama koje imaju masu-energiju.
•Graviton nikada nije bio uočen zbog njegove izuzetno slabe interakcije sa
objektima.
28. 4 sile u prirodi
Slaba
• Bete raspad
Jaka
• Vezanje kvarkova
Elektromagnetna
•TV, PCs
• Magneti
• e- e+ stvaranje
Gravitacija
Odgovorna za našu
stabilnost na zemlji
Električni naboj
masa
Slab naboj
Jak naboj
29. Fundamentalne interakcije
Jedan od važnih ciljeva fizike čestica jeste da unificira ove sile (da
pokaže da su sve one samo različiti aspekti iste sile), kao što je to
Maksvel (Maxwell) uradio za električnu i magnetnu silu prije mnogo
godina.
30. Subatomske čestice interaguju razmjenom “bozon” čestica cjelobrojnog spina.
Promjenjljive interakcije odgovaraju da razmijene bozone različitih
karakteristika.
Razmjena čestica je odgovorna za silu.
Sila Jačina Nosilac Fizikalni efekat
Jaka nuklearna 1 Gluoni Drži na okupu jezgro
Elektromagnetna .001 Foton Svjetlo, elektricitet
Slaba nuklearna .00001 Z0
,W+
,W-
Radioaktivnost
Gravitacija 10-38
Graviton? Gravotacija
31. Slaba sila - Beta raspad
n p
Antineutrino
Electron
32. Fundamentalne interakcije
Konačni domet efektivno konfinira čestice koje, zbog principa
neodređenosti, imaju minimalni impuls i stoga minimalnu kinetičku
energiju i masu. Fotoni i gravitoni su bez mase, a W and Z bozoni su
teški.
34. Čestice sile
Čestice međudjeluju i/ili se raspadaju zbog sila.
Sile su takođe odgovorne za vezivanje čestica.
Jake: gluoni
Samo kvarkovi
Slabe: W+
, W-
, Z0
Leptoni i kvarkovi (samo sila
za neutrine)
Elektromagnetna:γ
Kvarkovi i nabijeni leptoni
(nema neutrina)
Gravitacija: graviton?
Tek treba da se otkrije
Ima zanemarljiv efekat na
čestice.
35. Klasifikacija elementarnih čestica
•Čestice koje imaju polovičan spin zovu se fermioni a one sa
cjelobrojnim spinom se zovu bozoni.
•Ovo je koristan način klasifikacije elementarnih čestica jer izgleda da je
sva stabilna materija u svemiru građena od fermiona.
•Fermioni slijede Paulijev princip isključivosti, a bozoni ne.
•Fotoni, gluoni, W±
i Z se zovu gauge bozoni i odgovorni su za jake i
slabe interakcije.
•Gravitoni su takođe bozoni – imaju spin 2.
•Fermioni djeluju privlačnom ili odbojnom silom jedan na drugog tako što
izmjenjuju gauge bozone koji su nosioci sile.
36. Higgs’ov bozon
Predviđen je još jedan bozon, ali nije bio
detektovan. Neophodan je u kvantnoj teoriji
poljada bi objasnio zašto W±
i Z imaju tako
veliku masu, a fotoni nemaju mase.
•Ovaj nedostajući bozon se zove Higgs’ova
čestica (ili Higgs’ov bozon) po Peteru Higgsu,
koji ga je prvi predložio.
•Standardni model predviđa da postoji polje
koje se zove Higgs’ovo polje koje prožima
cijeli prostor.
•Intereagujući sa ovim poljem čestice dobijaju
masu. Čestice koje jako interaguju sa Higsovim
poljem imaju tešku masu; čestice koje reaguju
slabo imaju malu masu.
.
Simulirani događaj koji prikazuje
pojavu Higssovog
bozona
37. Nicolo Cartiglia -INFN Torino 37
Šta želimo da nađemo u LHC?
Među mnoštvom novih čestica za koje se
nadamo da ćemo pronaći, jedna je
posebno
važna:
HIGGS-ova čestica
Higgs-ov bozon je vrlo teška čestica i
teško ju je stvoriti.
Pokušavaju da je nađu već 20 godina i
misli se da su na pragu tog otkrića.
Mr Higgs
38. Osobine bozona
Higgs-ov bozon je veoma težak, a još nije uočen.
Potraga za Higgsovim bozonom je najveći prioritet fizike
elementarnih čestica.
40. Nakon standardnog modela:
Unifikacija sila (interakcija)
WEAK
STRONGGRAVITY
ELECTRO-
MAGNETIC
UNIFIED
FORCE?
Potraga za jednostavnom elegantnom unificiranom teorijom.
41. Leptoni: elektroni, mioni, tau-čestice i neutrini
•Leptoni su vjerovatno najjednostavnije elementarne čestice.
•Pojavljuju se kao tačkaste strukture, tj. kao da nemaju nikakvu unutrašnju
strukturu i izgledaju zaista elementarno.
Do sada nema plauzibilne
indikacije da su oni sastavljeni od
nekih više fundamentalnih čestica.
Svakom leptonu je pridružen jedan
neutrino nazvan prema svom
naelektrisanom partneru (npr.,
mion neutrino).
Postoji samo šest leptona plus
šest njihovih antičestica.
42. Mion i tau raspad
•Mion se transformira u elektron, a tau čestica može da se
transformira u elektron, mion ili čak hadrone.
•Raspad miona (kroz slabu interakciju) je:
µ
νµ
e
νe
43. Neutrino
•Neutrino nema naelektrisanja.
•Elektronski neutrino nastaje u beta-
raspadu neutrona.
•Njihove mase su vrlo male. Tačna masa
neutrina može uticati na postojeće teorije
vasione zbog gravitacionog privlačenja
masa.
•Kao i svi drugi leptoni i neutrini imaju spin
½. Svatri neutrina su eksperimentalno
potvrđeni.
•Neutrine je posebno teško detektovati jer
nemaju naboja , a imaju veoma malu masu i
interaguju veoma slabo (vrlo lako prođu
kroz zemlju!).
.
Slika sunca snimljena ne
pomoću svjetlosti već
pomoću neutrina, napravljena
na japanskoj neutrinskoj
opservatoriji Super-
Kamiokande
44. Neutrino
•Jedan od najintrigantnijih problema u posljednje tri decenije bio je problem
solarnih neutrina: broj neutrina koji stižu na Zemlju sa sunca je za faktor 2 ili 3
manji u odnosu na naše razumijevanje proizvođenja energije (nuklearna fuzija).
•Neutrini dolaze u tri varijante ili ukusa: electronski, mionski i tau-neutrino.
Naučnici su uočili da neutrini nastaju u Zemljinoj atmosferi pod uticajem
kosmičkih zraka i pri tome se mijenjaju tj. “osciluju” u drugi ukus (sunce emituje
samo elektronske neutrine).
•Osim toga, ovo se može dogoditi samo ako neutrini imaju masu.
45. Hadroni
•Hadroni su čestice koje
djeluju kroz jaku silu.
•Postoje dvije klase hadrona:
mezoni i barioni.
•Mesoni su čestice sa cjelobrojnim spinom sa masom koja je veća od
mionove mase (106 MeV/c2
). (Mezoni su napravljeni od parova kvarkova –
kvark i antikvark). Oni su nestabilni i rijetki.
•Barioni imaju mase bar kao protoni i imaju spin od pola cijelog broja. U
barione spadaju proton i neutron od kojih se sastoji atomsko jezgro, ali
postoje i mnogi drugi nestabilni barioni. Termin “barion” je izvedenod
grčkog βαρύς (baris), što znači “težak“ jer u vrijeme kad su ih imenovali
vejerovalo se da barioni imaju veću masu nego druge čestice. (Čine ih tri
kvarka). Svi se barioni raspadaju na protone.
46. Nicolo Cartiglia -INFN Torino 46
Korištenjem akceleratora. Čestice se
ubrzavaju do brzine svjetlosti i onda ih
sudarate jedne sa drugima.
Kako nastaju nove čestice?
47. Proizvođenje elementarnih čestica
Da bi se proizveo Higsov bozon tj. omogućili sudari čestica koji su dovoljno
snažni potrebni su akceleratori čestica izuzetne snage, bio je potreban veliki
hadronski kolajder (the Large Hadron Collider) (LHC).
48. Akceleratori
Protoni se ubrzavaju i
sudaraju u LHC. Dva snopa
putuju u suprotnim
smjerovima.
Električna polja daju ubrzanje
jer se jer se isti odbijaju, a
različiti privlače.
Magnetna polja upravljaju
snopovima protona obzirom
da se nabijene čestice u
magnetnom polju kreću po
kružnoj stazi.
magnets
49. Detekcija
Koliziona energija
kondenzira se u
česticama (e-
, p, p…)
Detektori koji okružuju
tačke sudara osjetljivi na
prolazak energetskih
čestica.
Na četiri mjesta duž LHC prstena
protoni iz dva suprotno-
ubrzavajuća snopa se sudaraju.
ATLAS
50. Nicolo Cartiglia -INFN Torino 50
LHC @ CERN: Čestice se ubrzavaju duž cirkularne staze
duge 27 kilometara koja se nalazi 100 m ispod zemlje
Snopovi protona koji cirkuliraju čeono se sudaraju 40 miliona puta
svake sekunde.
52. Nicolo Cartiglia -INFN Torino 52
Da li zaista postoji anti-materija
Svaka čestica ima
svoju antičesticu sa
suprotnim
karakteristikama.
53. Čestice i antičestice
Pojam antičestice je u fiziku uveo Dirac svojom teorijom elektrona.
Danas su poznate antičestice gotovo svih elementarnih čestica.
Da bismo bolje razumjeli što je antičestica, poslužit ćemo se crtežom
na slijedećoj slici.
Naime, kad je Dirac pomoću svoje teorije postavio ispravnu
jednadžbu kretanja za elektron, uočio je da se ravnopravno sa
rješenjima s pozitivnom energijom javljaju i rješenja s
negativnom energijom. Rješenja (stanja) pozitivne energije su
„realni“ svijet : elektroni koji se kreću u materiji i koje opažamo. Ali šta
su rješenja negativne energije?
Antičestice imaju istu masu i vrijeme život kao njima pridružene
čestice.
Imaju istu veličinu, ali suprotnog znaka kao što je električni naboj
i razni kvantni brojevi.
54. • I njima je Dirac htio-ne htio,
morao dati fizikalno značenje.
Najjednostavnije je bilo reći da
sva ta stanja također postoje, ali
da su popunjena elektronima;
kad bi, naime, ta stanja bila
prazna ili djelomično popunjena,
elektroni bi iz stanja pozitivne
energije «propadali» u stanja
negativne energije, kao što
kuglice padaju u jamu (po
načelu minimuma potencijalne
energije). Drugim rječima, došlo
bi do raspada Svemira, a to se u
stvarnosti ne događa.
55. Pozitron
•1928. Dirac je uveo relativističku teoriju
elektrona kombinujući kvantnu mehaniku i
teoriju relativnosti.
•On je našao da njegova talasna
jednačina ima i negativno i pozitivno
rješenje vezano za energiju.
•Njegova teorija može da se interpretira
kao vakuum koji je napunjen
beskonačnim morem elektrona negativnih
energija.
•Ako se dovoljno energije prenese u
“more” moguće je da jedan elektron s
pozitivnom energijom bude izbačen iz
“mora” ostavljajući iza sebe šupljinu koja
je pozitron obilježen sa e+
.
Paul Dirac (1902-1984)
E 0
Vacuum
Elektron &
pozitron
Positron!
56. Prva antičestica
Dakle, P.Dirac je 1933. postulirao postojanje čestica negativne
energije, te ih nazvao antičestice. Uz prvu antičesticu vezana je
zanimljiva okolnost da je najprije predviđena a onda tek
pronađena. Osnovna svojstva elektrona izlazila su neposredno iz
Diracove teorije. Postojala je činjenica da u toj teoriji ima mjesta
za još jednu česticu.
Drugim riječima, teorija građena za potrebe opisivanja jedne
čestice, elektrona , ispala je preširoka za elektron, ona obuhvaća
elektron ali ostavlja mogućnost postojanja još jedne čestice
sličnih svojstava. Upravo na mogućnost postojanja nove čestice
upozoravao je Oppenheimer.
57. Još iste godine Anderson je ulovio
tu novu česticu. Na fotografskoj
ploči zapazio je trag nepoznatog
gosta iz svemira (kozmičke zrake).
Po otklonu u magnetnom polju bilo
je sasvim nedvojbeno da je riječ o
pozitivno nabijenoj čestici.
Negativna bi se otklonila u drugu
stranu. Zakrivljenost staze i
debljina traga omogućuju da se
utvrdi masa te čestice. I to je bilo u
skladu s predviđanjem. Bio je to
pozitron, antičestica elektrona.
Mogli bismo ga zvati i antielektron.
58. Pozitron
•Carl Anderson je identifikovao
pozitron u kosmičkim zrakama1
. To
je bilo lako jer pozitron ima
pozitivno naelektrisanje i malu
masu.
Carl Anderson (1905-1991)
Andersonova fotografija maglene
komore sa tragom pozitrona
Sve čestice, čak i one neutralne (sa nekim
izuzecima kakvi su neutralni pioni), imaju
svoje antičestice.
1
Kosmički zraci su visokoenergetske
čestice, većinom protoni, koje presijecaju
interstelarni prostor i ulaze u Zemljinu
atmosferu gdje njihovo međudjelovanje sa
česticama stvara kosmičke “tuševe”
mnogih čestica.
59. Anihilacija
Susret elektrona i pozitrona koban je za oba. Oba nestanu, pretvore se u
zračenje. Tu pojavu zovemo anihilacija .
Svaki za sebe, i elektron i pozitron ne mogu se raspasti, ne mogu se
pretvoriti u zračenje. Svaki od njih nosi električni naboj , a naboj je
neuništiv pa tako i elektron ili pozitron koji nose taj naboj. Međutim, kada
se elektron i pozitron nađu zajedno ukupni je naboj jednak nuli, jer
elektron je negativan, a pozitron pozitivan ali jednake količine naboja. Kad
su zajedno, ukupni naboj bit će jednak nuli. Zračenje će isto tako biti bez
naboja , pa ništa ne spriječava da se elektron i pozitron pretvore u
bljesak, jednom rječju anihiliraju (ponište) . Veza između mase i energije
daće nam energiju u koju će se pretvoriti elektron i pozitron. Sva energija
čestice i antičestice prelazi u energiju zračenja.
60. Materija i antimaterija – stvaranje parova
•Elektron-pozitron par stvoren tako što
su fotoni udarali u tečnost gasne
komore.
•To je primjer konverzije fotonske
energije u materiju i anti-materiju.
•Spirale materije i anti-materije idu u
suprotnim stranama u magnetnom polju
radi suprotnog naboja.
•Energija i impuls su očuvani.
61. Pozitron-Elektron Interakcija
•Krajnja sudbina pozitrona (anti-elektrona) je anihilacija sa
elektronom.
•Nakon što se pozitron uspori prolazeći kroz materiju, privuče ga
elektron Kulonovom silom i tako se anihilira kroz reakciju:
Sva anti-materija na kraju ima
istu sudbinu. Puno energije
se oslobodi u ovim procesima:
sva materija se pretvori u
energiju.
62. Uopštavanjem Diracove ideje za sve vrste polja (a ne samo
elektromagnetno) vidi se da svaka čestica ima svoju antičesticu.
Tako je antiproton, proton negativnog naboja, pronađen još 1955.
godine, antineutron koju godinu kasnije itd. Antičestice se ne
moraju međusobno razlikovati po naboju: npr. neutronu suprotna
čestica, antineutron također nema naboja.
Najispravnije je reći da se čestica i antičestica razlikuju u
onom svojstvu koje je karakteristično za polje čija se
energijska stanja promatraju. Za elektromagnetno polje to je
električni.
63. • Općenito sve antičestice navedenih čestica u svim tabelama imaju:
• 1.Jednako: masu ,spin, prosječno trajanje( ili vrijeme
• života) , šemu raspada …
• 2.Suprotno: naboj, magnetski moment,moment
• količine kretanja, barionski broj,leptonski
• broj, stranost ...
Antičestice su, dakle, fizikalna realnost i po svojoj materijalnosti su
ravnopravne česticama. U tom smislu treba i tablicu 1. dopuniti
pripadnim antičesticama. Međutim, pitanje zašto u našem svemiru
prevladavaju čestice jedne vrste, dok se pripadne antičestice mogu
proizvesti samo uz znatan utrošak energije još je bez jasnog i
sveobuhvatnog odgovora
65. Fajnman-ovi Dijagrami
•Fajnman je predstavio posebno jednostavnu grafičku tehniku kojom se
opisuju interakcije.
•Ona predviđa da, kada se dva elektrona približavaju, prema kvantnoj
teoriji polja, oni razmijene serije fotona koji se zovu virtualni fotoni, jer
ne mogu da se direktno opažaju.
•Akcija elektromagnetnog polja (na primjer Kulonove sile) može da se
interpretira kao razmjena fotona. U ovom slučaju kažemo da su fotoni
nosioci ili medijatori elektromagnetne sile.
Primjer Fajnmanovog prostor-vrijeme
dijagrama. Elektroni intereaguju kroz
medijaciju fotona. Ose se obično ne
stavljaju.
66. Jukavin (Yukawa) mezon
•Japanski fizičar Hideki Jukava je
imao ideju da razvije kvantnu teoriju
polja koja bi opisala silu između
nukleona analognu onoj sa
elektromagnetnom silom.
•Da bi uradio ovo, morao je da odredi
nosioce ili medijatore nuklearne jake
sile analogno fotonu kod
elektromagnetne sile koje je nazvao
mezon (izvedeno iz grčke riječi meso
što znači “srednji” radi njegove mase
koja je između masa elektrona i
protona).
Hideki Yukawa (1907-1981)
67. •Jukavin mezon, zvani pion (ili pi-mezon, tj. π-mezon), je identifikovan
1947. Uradili su to Pauel ( C. F. Powell (1903–1969)) i Očialini (G. P.
Occhialini (1907–1993)).
•Nabijeni pioni imaju mase od 140 MeV/c2
, a otkriveno je kasnije da
neutralni pion π0
ima masu od 135 MeV/c2.
.
•Jukavin pion je odgovoran za nuklearnu silu.
Jukavin mezon
Fajnmanov dijagram koji predstavlja
izmjenu piona (Jukavinog mezona)
između neutrona i protona.
68. Drugi mezoni, kvarkovi i gluoni
Nukleoni i mezoni dio opšte grupe čestica formirane od još više
fundamentalnih čestica : kvarkova (quarks). Čestica koja
posreduje jaku interakciju između kvarkova, zove se gluon (“glue”
znači ljepilo koje drži kvarkove zajedno);
Ona je bez mase i ima spin 1, baš kao i proton.
Kompjuterska slika kvarkova
i gluona u nukleonu
69. Zaključak
Foton, neutrino, elektron, proton i odgovarajuće
antičestice stabilne su elementarne čestice.
Ostale čestice se spontano raspadaju i pretvaraju u
druge čestice (npr. mion se se spontano raspada u
elektron, antineutrino i mionski neutrino).
Photo of Dirac: http://images.google.com/imgres?imgurl=http://epress.anu.edu.au/maverick/html/fig-3-1.jpg&imgrefurl=http://epress.anu.edu.au/maverick/mobile_devices/ch03.html&h=388&w=300&sz=14&hl=en&start=1&um=1&tbnid=1qSjUNOIRbLizM:&tbnh=123&tbnw=95&prev=/images%3Fq%3Dpaul%2Bdirac%26um%3D1%26hl%3Den%26rlz%3D1T4GFRC_enUS212US212
Other is from TRex.
Photo of particle track: http://athena-positrons.web.cern.ch/ATHENA-positrons/wwwathena/graphics/anderson-positron.jpg
Other is from TRex.
