4. 4 forţe fundamentale
Forţa Acţionează
asupra:
Raza de
acţiune
Tăria
gravitaţională masa infinită 10-39
electromagnetică Sarcina
electrică
infinită 10-2
nucleară tare Particule
“nucleare”
scurtă 1
nucleară slabă Particule
subatomice
scurtă 10-5
5. Gravitaţia
numai atractivă (nu s-a descoperit încă anti-
gravitaţia)
menţine planetele, stelele şi galaxiile
împreună
determină structura globală a Universului
6. Electromagnetismul
atractivă pentru sarcini opuse şi
repulsivă pentru sarcini asemenea
menţine atomii, moleculele, lichidele şi
solidele împreună
se transmite prin fotoni (lumină)
7. Majoritatea forţelor din viaţa zilnică sunt în
realitate electromagnetice. Duritatea,
elasticitatea, etc. depind de legăturile chimice
de natură electromagnetică. Culorile obiectelor
se datorează interacţiunii electromagnetice a
luminii cu materia
8. Forţa de frecare sau forţa
dintre o minge de tenis şi
rachetă sunt rezultatul net
dintre forţele electromagnetice
a multor, multor atomi.
Structura majorităţii corpurilor
din jurul nostru se datorează
legăturii chimice care apare
ca rezultat al interacţiunii
electromagnetice dintre
electronii şi protonii atomilor
care-i formează.
9. Forţa tare
rază scurtă de acţiune la nivelul nucleului!
atractivă la distanţe relativ mari, repulsivă
la distanţe mici
acţionează între protoni, neutroni şi
hadroni
menţine nucleele împreună
este cauza fuziunii în stele
10. Raza de acţiune a forţei tari
Forţa nucleară are o rază finită de acţiune
⇒nu există nuclee naturale mai grele
decât Uraniul cu 92 protoni şi 146 de neutroni.
Datorită repulsiei electrostatice dintre
protoni cea mai mică perturbaţie
determină dezintegrarea alfa a nucleului
sau...
11. Fisiunea: divizarea nucleului conduce la
degajarea unei energii uriaşe
în mod necontrolat în bomba atomică
în mod controlat în reactoarele nucleare
12. De ce avem nevoie de
neutroni?
Neutronii măresc forţa
tare care menţine
stabilitatea nucleului
însă fără să crească
forţa electromagnetică
de repulsie care
există numai între
protoni
13. Forţa slabă
schimbă un tip de quark în altul
determină dezintegrarea beta
determină explozia supernovelor şi
formarea tuturor elementelor chimice în
afară de hidrogen şi heliu
intermediată de bosonii intermediari
vectoriali W+
,W -
,Z 0
14. Forţa slabă este
responsabilă de
transformarea unui
neutron într-un proton şi
producerea unui
electron şi antineutrino
(dezintegrarea beta).
0
16. Care particulă este mai
elementară?
Există o particulă de materie indivizibilă?
Există mai multe particule elementare?
Depinde de nivelul ierarhic:
Casa – cărămizi, mortar, etc.
Chimie – atomi
Atomi – electroni şi nucleu
Nucleu - protoni şi neutroni
Nucleoni - quark-uri
Cum poţi ştii?
18. Modele
Lumi în alte lumi: particulele sunt infinit divizibile în alte
particule mai elementare
Indivizibil: există un nivel al materiei de la care nu mai este
posibilă diviziunea
Bootstrap: particulele sunt divizabile dar rezultă aceleaşi
particule ca la nivelul ierarhic superior
19. Proton de
energie
înaltă
Vânătoarea particulelor elementare
Perioada romantică- Raze cosmice
Vântul solar conţine
protoni de energie înaltă
care pătrund în atmosferă,
generează pioni,
care la rândul lor creează
o ploaie de miuoni.
Numărul de particule înregistrate
era prea mic,
de aceea s-a trecut la...
21. Antimateria
Prezisă de Dirac în 1928 în
teoria sa care unifică mecanica
cuantică cu relativitatea
Primul exemplu descoperit de
Anderson în 1932 (pozitronul -
echivalentul antimateriei
electronului)
22. Particula şi antiparticula au sarcini electrice opuse, dar
aceeaşi masă. Electronul este negativ, pozitronul este
pozitiv. În câmp magnetic sunt deviaţi în direcţii opuse.
Crearea de perechi – E=mc2
crearea dintr-un foton a
unei perechi electron-pozitron
Anihilarea unei perechi –
rezultă energie pură
care se transformă în doi fotoni
23. Prima fotografie care arată
crearea unei perechi de
particule, revelată prin urmele
de ceaţă pe care le lasă în
camera cu ceaţă.
Cele două particule care se
curbează diferit sub influenţa
unui magnet au fost create prin
anihilarea unui foton invizibil pe
placa fotografică care vine de
jos.
24. Neutrinii
Neutronii sunt instabili:
neutronii liberi au un timp de
viaţă de 200 secunde. Este
remarcabil că în nuclee
neutronii sunt practic stabili.
S-a observat că neutronii se
dezintegrează în protoni şi
electroni. Dar aceştia pleacă la
unghiuri care contrazic legea de
conservare a energiei şi
impulsului. Pauli în 1932 a emis
ipoteza neutrinilor care
transportă o parte din energia şi
impulsul suplimentar.
25. Proprietăţile neutrino-ului
masă de repaus foarte mică
se mişcă cu viteza luminii
fără sarcină electrică
interacţionează numai gravitaţional
şi slab
poate străbate un perete de plumb
cu grosimea de 1 an lumină fără a fi împrăştiat!!!
Proprietatea cea mai surprinzătoare: neutrinii ne pot indica
care este dreapta, deoarece nu există neutrini levogiri (cu
spinul învârtindu-se spre stânga)
26. Clasificarea particulelor elementare
Leptoni – nu interacţionează tare
Familia electronului şi miuonului: Electron,
miuon, neutrino electronic, neutrino miuonic.
Hadroni – interacţionează prin forţa tare
Barioni – masă ca a protonului
Proton, neutron, omega, lambda, etc.
Mezoni – masă medie
Kaon, pion, etc. (K mezon, π mezon)
28. Calea octuplă
În 1964 Murray Gell-Mann,
George Zweig şi Yuval
Ne'eman propun o clasificare a
hadronilor în familii de câte 8
particule, de aici numele de
“Cale octuplă”. La baza sa stau
3 tipuri de quark-uri: up, down,
strange.
Barionii sunt formaţi din 3
quark-uri
Mezonii sunt formaţi din 2
quark-uri
29. I. Vedere corectă
II. Intenţii corecte
III. Vorbire corectă
IV. Acţiune corectă
V. Viaţă corectă
VI. Efort corect
VII. Minte corectă
VIII. Concentrare corectă
Calea octuplă budistă
Filosofia orientală era
foarte populară printre
teoreticienii
particulelor
elementare în acea
perioadă.
30. Quark-urile sunt descoperite
(sfârşitul anilor 1960)
Când electronii sunt împrăştiaţi
pe protoni s-a descoperit că
aceştia sunt formaţi din
particule punctuale, practic
libere: quarkurile (premiul
Nobel 1990 J.I.Friedman,
H.W.Kendall, R.E.Taylor).
32. În 1962 erau cunoscute 7 particule cu spinul 3/2, şi în
acelaşi an au fost descoperite xi-stea-minus şi xi-stea-
zero (verde). Murray Gell-Mann a prezis proprietăţile
particulei lipsă (albe) pe baza diagramei de mai sus
folosind ipoteza quark-urilor. Doi ani mai târziu particula
cu aceste proprietăţi, numită omega-minus, a fost
descoperită.
Particula Ω
33. Prima fotografie a particulei Omega-minus.
Un kaon K- se ciocneşte de un proton din camera cu bule cu
hidrogen lichid producând o particulă omega-minus,
un kaon K+ şi un kaon K0. Particulele neutre nu lasă urme şi sunt
notate cu linii întrerupte. Poziţiile particulelor neutre sunt deduse
folosind legile de conservare energiei şi impulsului.
36. Confinarea quark-urilor
Forţa care le ţine legate pe quark-uri este atât de tare încât
la separarea lor se cheltuieşte atât de multă energie încât
aceasta generează o nouă pereche quark-antiquark.
Această forţă se numeşte de “culoare” şi este intermediată
de gluoni (de la glue - clei).
De ce există
numai tripleţi de
quark-uri sau
perechi quark-
antiquark?
37. Concepţia modernă despre proton
include mai mult decât cele 3
quark-uri, numite quark-uri de
valenţă, care determină sarcina sa
electrică +1. Aceste 3 quark-uri
determină doar 2% din masa
protonului. Restul provine din
“marea” de quark-uri virtuale şi
gluoni virtuali care se creează din
vidul fizic şi este descrisă de
cromodinamica cuantică.
38. Modelul Standard
Fiecare particulă are
numere cuantice care o fac
unică şi diferită de celelalte.
Cele 4 forţe fundamentale
sunt intermediate de 4
particule:
-fotonul (electromagnetică)
-gluonul (tare, de culoare)
-bosonii W,Z (slabă)
-gravitonul (gravitaţională)
40. νµνe
µe
?d
su
Simetria matematică a modelului ducea la ipoteza
existenţei unui nou quark, quark-ul cu charm c, care a
fost descoperit în 1975.
41. ντνµνe
τµe
?cd
?su
Dar în 1976 a fost descoperit
leptonul tau. De aici rezultă existenţa
altor quark-uri top şi bottom. Bottom
a fost descoperit în 1978, dar top s-a
dovedit incredibil de masiv şi s-a
lăsat aşteptat până în 1995.