:: wikimiki.org ::

Hadron

Hadron

Hadrón je v fiziki delcev podatomski delec, na katerega deluje močna jedrska sila. V modelu kvarkov so hadroni sestavljeni iz fermionov, imenovanih kvarki ter bozonov, imenovanih gluoni. Gluoni posredujejo barvno silo, ki povezuje kvarke. Hadroni so torej sestavljeni delci, ki jih povezuje skupaj barvna sila. V tem so nekoliko podobni atomom, ki jih povezuje skupaj elektromagnetna interakcija. Hadrone razvrščamo glede na njihov spin in sestavo kvarkov:
- Barioni so sestavljeni iz treh kvarkov ali treh antikvarkov in imajo pol-cel spin, zategadelj so fermioni. Mednje sodita nukleona (proton in nevtron), ki sestavljata običajno atomsko jedro, ter delci, imenovani hiperoni (npr. the Δ, Λ, Σ, Ξ in Ω), ki so v splošnem težji od nukleonov, kratkoživi in se navadno ne pojavljajo v atomskih jedrih.
- Mezoni so sestavljeni iz kvarka in antikvarka in imajo celoštevilčen spin, so torej bozoni. Mednje sodijo pioni, kaoni, delci ρ in ω ter številne druge vrste mezonov.
- Eksotični hadroni so delci, sestavljeni iz več kot dveh ali treh kvarkov, kot je značilno za mezone in barione.
- Eksotični barioni so sestavljeni iz lihega števila (večjega od 3) kvarkov in antikvarkov. Kaže, da so nedavno odkrili prvi tak delec, pentakvark, sestavljen iz štirih kvarkov in enega antikvarka.
- Eksotični mezoni so sestavljeni iz več kot enega valenčnega para kvark-antikvark. Nedavno so opazili nekaj indicev, ki kažejo na obstoj tetrakvarka, sestavljenega iz dveh valenčnih parov kvark-antikvark.
- Hibridni mezoni so sestavljeni iz vsaj enega valenčnega para kvark-antikvark ter vsaj enega realnega (ne virtualnega) gluona.
- »Glueball« ne vsebuje sploh nobenih valenčnih kvarkov, temveč izključno gluone. Ta stanja se močno mešajo z običajnimi mezoni, zato jih je izjemno težko določiti. Vsi hadroni so sestavljeni kvantni sistemi in obstajajo tudi v vzbujenih stanjih, imenovanih hadronske resonance. Vsak hadron v osnovnem stanju ima lahko številna vzbujena stanja, in več sto takih stanj je bilo eksperimentalno zaznanih. Resonance razpadejo izjemno hitro (v okoli 10⁻²⁴ s) prek močne interakcije.

Glej tudi

- Veliki hadronski trkalnik
- Seznam delcev Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:ハドロン

Fizika delcev

Fízika osnovnih délcev je veja fizike, ki se ukvarja z osnovnimi gradniki snovi in sevanja ter interakcijami med njimi. Pogosto se zanjo uporablja tudi izraz fizika visokih energij (»visoke energije« se nanašajo na energijo interakcij; v režimu nizkih energij opisujemo kvazidelce v fiziki trdne snovi in fiziki kondenzirane snovi). Strogo gledano je izraz delec nekoliko zavajajoč. Predmet preučevanja fizike delcev so delci, za katere veljajo zakonitosti kvantne mehanike, in kot taki izražajo valovno-delčni dualizem - pri nekaterih poskusih se obnašajo kot delci, pri drugih kot valovanje. V teoriji jih ne opisujemo niti kot delce, niti kot valovanje, ampak kot vektorje stanja v abstraktnem Hilbertovem prostoru, kar opisuje kvantna teorija polja. Skladno z rabo v fiziki delcev pa bomo za predmete, kot so elektron ali foton, uporabljali izraz osnovni delec in se pri tem zavedali, da ima »delec« tudi valovne lastnosti. Sodobna fizika delcev preučuje delce, manjše od atoma. To so sestavni deli atoma, kot elektron, proton in nevtron (proton in nevtron sta pravzaprav tudi sama sestavljena iz po treh kvarkov), pa tudi delce, ki nastajajo pri jedrskih razpadih in sipanju, kot denimo foton, nevtrino ali mion. Mnogih od odkritih delcev v naravi ne najdemo prostih, ampak nastanejo pri trkih zelo hitrih delcev, pospešenih v pospeševalnikih. Vse do zdaj odkrite delce opiše kvantna teorija polja, imenovana standardni model, ki jo pogosto opisujejo kot največji dosežek fizike delcev. Model vsebuje 47 vrst osnovnih delcev, med katerimi nekateri nadalje tvorijo sestavljene delce, s čimer lahko opišemo na stotine delcev, manjših od atoma, ki so jih odkrili od 60. let 20. stoletja dalje. Standardni model se ujema z bolj ali manj vsemi dosegljivimi eksperimentalnimi podatki. Kljub temu večina fizikov, ki se ukvarja s fiziko delcev, meni, da predstavlja le nepopolni opis narave, in da ga bo sčasoma nadomestila splošnejša teorija. Meritve mase nevtrinov v zadnjih letih predstavljajo prve eksperimentalne podatke, ki odstopajo od standardnega modela. mase Fizika delcev je imela velik vpliv na filozofijo znanosti; veliko filozofov, pa tudi fizikov, je kritiziralo redukcionistične zamisli fizike delcev.

Zgodovina

Zamisel, da je snov sestavljena iz osnovnih delcev, izvira vsaj iz 6. stoletja pr. n. št.. Filozofsko doktrino »atomizma« so zagovarjali antični grški filozofi kot Levkip, Demokrit in Epikur. Čeprav je tudi Isaac Newton v 17. stoletju verjel, da je snov sestavljena iz delcev, pa je šele John Dalton leta 1802 prvi formalno izrazil, da je vse sestavljeno iz drobnih atomov. Periodni sistem Dimitrija Mendeljejeva iz leta 1869 je pomagal utrditi ta pogled na naravo, ki je prevladoval skozi vse 19. stoletje. Joseph John Thompson je bil prvi, ki je odkril, da atom sestavljajo lažji elektroni in težji protoni, Ernest Rutherford pa prvi, ki je s sipanjem ugotovil, da so protoni zbrani v kompaktnem atomskem jedru. Da bi razložili neujemanje med atomskim številom in masnim številom, so jedro sprva poskusili razložiti s protoni in vezanimi elektroni, kasneje pa so ugotovili, da jedro poleg protonov sestavljajo tudi nevtroni. Raziskave fizike jedra in kvantne mehanike v 20. stoletju so dosegle vrh z dokazi razcepa jedra in jedrskega zlivanja, ter s tem odprli celo novo področje ustvarjanja ene vrste atomov iz drugih. Alkimistični sen o pretvarjanju svinca v zlato je s tem postal teoretično mogoč (čeprav ekonomsko nesmiseln). Te teorije so pravilno predvidele tudi možnost jedrskega orožja. V poskusih s sipanjem v 1950-ih in 1960-ih so odkrili nepregledno množico novih, pretežno kratkoživih delcev, kar so nekateri poimenovali kar »živalski vrt delcev«. Strokovni izraz je postal neustrezen po določitvi standardnega modela v 1970-ih, ki je množico delcev razložil kot kombinacije razmeroma majhnega števila osnovnih delcev.

Standardni model elektrošibke in močne interakcije

Trenutno stanje razvrstitve osnovnih delcev imenujemo »standardni model«. Opisuje močno, šibko in elektromagnetno osnovno silo, ki jih posredujejo umeritveni bozoni. Slednji so foton, bozoni W^-, W⁺ in Z ter gluoni. Model poleg tega vsebuje še 24 osnovnih delcev, ki so osnovni gradniki snovi. Nazadnje predvideva tudi vrsto bozona, imenovano Higgsov bozon, ki pa še ni bila eksperimentalno potrjena.

Eksperimentalna fizika osnovnih delcev

Sodobna eksperimentalna fizika delcev zahteva gradnjo velikih in dragih pospeševalnikov, ki jih navadno zgradijo s sodelovanjem več držav. Največja središča eksperimentalne fizike delcev so:
- CERN, na francosko-švicarski meji blizu Ženeve. Glavna pogona sta [http://cern.web.cern.ch/CERN/Divisions/SL/lep2page.html LEP] (Large Electron Positron collider, veliki trkalnik elektronov in pozitronov, zdaj že razdrt) in [http://lhc.web.cern.ch/lhc/ LHC] (Large Hadron Collider, veliki trkalnik hadronov, v gradnji)
- DESY, v Hamburgu, Nemčija. Glavni objekt je HERA, kjer trkajo elektrone in protone.
- SLAC, (Stanford Linear Accelerator, Stanfordski linearni pospeševalnik) Palo Alto, ZDA. Glavni pogon je PEP-II, kjer trkajo elektrone in pozitrone.
- Fermilab, pri Chicagu, ZDA. Glavni pogon je Tevatron, kjer trkajo protone in antiprotone.
- Brookhaven National Laboratory, v Long Islandu, ZDA. Glavni objekt je [http://www.rhic.bnl.gov Relativistic Heavy Ion Collider, relativistični trkalnik težkih ionov], kjer trkajo težke ione kot npr. Au in protone. Poleg naštetih je po svetu še veliko manjših pospeševalnikov.

Teoretična fizika osnovnih delcev

Na podlagi poskusov poskušajo teoretični fiziki razviti model, teoretično ozadje in matematična orodja, s katerimi bi lahko razumeli izide današnjih poskusov in predvideli izide novih. Trenutno je v uporabi standardni model, za katerega pa že postaja jasno, da ne opisuje vseh pojavov, na primer mase nevtrinov. Ena od nalog teoretikov je tudi združitev splošne teorije relativnosti in kvantne mehanike, ki je zaenkrat še nedosegljiva. Znani pristopi posegajo na področje teorije strun in membran, ki namesto delcev za osnovne gradnike snovi jemljejo nihanja strun ali membran. Znanstveniki si prizadevajo postaviti veliko teorijo poenotenja, ki bi združila vse štiri osnovne sile v eno, končni cilj pa je tako imenovana teorija vsega (Theory of Everything), ki bi popolnoma pojasnila in povezala vse fizikalne pojave.

Ugovori proti redukcionistični naravi fizike delcev

Tudi znotraj fizike se pojavljajo ugovori ob ekstremnem redukcionističnem pristopu fizike delcev, ki poskuša vse pojasniti z osnovnimi delci in interakcijami med njimi. Tovrstne ugovore navadno sprožajo raziskovalci fizike trdne snovi. Ti ne ugovarjajo veljavnosti standardnega modela, poudarjajo pa, da eksperimentalno preverjanje in izboljševanje modela ni niti približno tako pomembno kot preučevanje lastnosti, ki izhajajo iz medsebojne interakcije večjega števila atomov ali molekul. Ti kritiki trdijo, da tudi popolno poznavanje osnovnih delcev ne bo dalo popolnega razumevanja atomov in molekul, razumevanja, za katere menijo, da so za vsakdanje življenje pomembnejše. Redukcionisti običajno odvračajo, da je ves napredek znanosti vključeval določeno mero redukcionizma.

Fizika delcev in javna politika

Za sodobno eksperimentalno fiziko delcev so potrebni ogromni pospeševalniki delcev, katerih gradnja stane na milijarde evrov ali dolarjev, večinoma proračunskega denarja. Raziskave v fiziki delcev zato neogibno vsebujejo tudi politiko in stike z javnostmi. Mnogi namreč dvomijo, da mogoči napredek upravičuje porabljena sredstva, in trdijo, da fizika delcev odžira sredstva, ki bi jih lahko učinkoviteje uporabili pri pomembnejših raziskavah ali izobraževanju. Leta 1993 je ameriški kongres s podobnimi argumenti ustavil izgradnjo pospeševalnika SSC, po tem, ko sta bili za njegovo gradnjo že porabljeni dve milijardi dolarjev. Mnogi raziskovalci, tako nasprotniki kot zagovorniki SSC, menijo, da je bila odločitev v dobršni meri povezana s koncem hladne vojne, s čimer znanstveno tekmovanje s Sovjetsko zvezo ni več moglo služiti kot argument za sredstva, porabljena za gradnjo SSC. Nekateri v znanstveni srenji menijo tudi, da so na fiziko delcev negativno vplivali tudi demografski kazalci. Verjamejo, da vse starejša populacija v razvitih državah raje kot za osnovne raziskave fizike delcev, ki bodo morda obrodile uporabne rezultate v tehniki šele čez desetletja, usmerja javna sredstva za znanost na področje zdravstva, kjer so otipljivi rezultati na voljo prej. Povrh tega so mnogi nasprotniki SSC dvomili v sposobnost, da tako velik projekt financira ena sama država, in pripisujejo neuspeh SSC premajhni pripravljenosti za iskanje mednarodne podpore. Zagovorniki eksperimentalne fizike delcev nasprotno trdijo, da bazične raziskave zaslužijo primerno financiranje, saj z njimi posredno pridobijo tudi druge veje znanosti. Poudarjajo, da gradnja pospeševalnikov danes zahteva mednarodno sodelovanje in dvomijo, da so sredstva, ki niso namenjena gradnji pospeševalnikov, v resnici porabljena za druge znanstvene ali izobraževalne namene.

Literatura

- Janez Strnad, Iz takšne so snovi kot sanje: od atomov do kvarkov, Mladinska knjiga, Ljubljana, 1988.

Zunanje povezave

- [http://www.kvarkadabra.net/index.html?/snov/teksti/fizika_delcev.htm Jure Zupan, Fizika osnovnih delcev, Kvarkadabra, 2000.]
- [http://www.kvarkadabra.net/index.html?/snov/teksti/eksperiment_stoletja.html Tadej Mali, Eksperiment za novo tisočletje: O gradnji velikega hadronskega trkalnika, Kvarkadabra, 1999.]
- [http://library.advanced.org/10380/ Interaktivni sprehod skozi atom]
- [http://ParticleAdventure.org Več podrobnosti in novice iz fizike delcev ]
- [http://www.singinst.org/GISAI/meta/glossary.html GISAI glossary, Yudkowsky]
- [http://www.bu.edu/wcp/Papers/Reli/ReliGrue.htm »Philosophy Redivivus? Science, Ethics, and Faith«]
- [http://www.schoolscience.co.uk/content/4/physics/particles/particlesdiscover1.html Zgodovina fizike delcev]
- Uvod v fiziko delcev (Matthew Nobes, Kuro5hin): [http://www.kuro5hin.org/story/2002/5/1/3712/31700 Part 1], [http://www.kuro5hin.org/story/2002/5/14/19363/8142 Part 2], [http://www.kuro5hin.org/story/2002/7/15/173318/784 Part 3a], [http://www.kuro5hin.org/story/2002/8/21/195035/576 Part 3b] Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:素粒子物理学 ko:입자물리학

Osnovni delec

Osnóvni délec je osnovni in nedeljiv gradnik snovi. V standardnem modelu fizike delcev snov sestavlja 12 osnovnih delcev in enako število njihovih antidelcev. Snovni delci so razvrščeni v dve skupini: kvarki in leptoni. Vsi drugi delci, kot denimo proton ali nevtron, so sestavljeni iz kvarkov. Dodatno štejemo med osnovne delce tudi gluone, foton, bozone W in Z, ki so nosilci močne, elektromagnetne in šibke interakcije.
- ja:基本粒子 ko:기본입자

Fermion

Fermioni, imenovani po italijanskem fiziku Enricu Fermiju, so delci, ki sestavljajo povsem antisimetrična sestavljena kvantna stanja. Zategadelj velja zanje Paulijevo izključitveno načelo in Fermi-Diracova statistika. Po izreku o spinski statistiki imajo fermioni polceli spin Vsi osnovni delci so bodisi fermioni bodisi bozoni. V standardnem modelu elektrošibke in močne interakcije so fermioni gradniki snovi, npr. kvarki, ki sestavljajo protone in nevtrone. Ti osnovni fermioni spadajo bodisi med kvarke bodisi med leptone. Zgledi fermionov:
- elektroni
- protoni
- nevtroni
- kvarki

Glej tudi

- identični delci. Kategorija:Jedro in osnovni delci Kategorija:Statistična mehanika ja:フェルミ粒子 ko:페르미온

Kvark

Kvarki predstavljajo eno od družin delcev, manjših od atoma, za katere po vsem sodeč kaže, da so osnovni in nedeljivi gradniki snovi. Druga taka družina so leptoni. Delci, sestavljeni iz kvarkov, so hadroni; znana zgleda zanje sta proton in nevtron. Kvarke so doslej našli le v skupinah po dva, tri in pet kvarkov. Vsi napori, da bi odkrili samostojne kvarke, ki potekajo od leta 1977 dalje, so bili do zdaj neuspešni. Kvarki se od leptonov razlikujejo po električnem naboju, ki ni večkratnik osnovnega naboja: medtem ko imajo leptoni, kot sta npr. elektron ali mion, naboj +1, 0 ali -1 osnovnega naboja, imajo kvarki naboj +2/3 ali -1/3 osnovnega naboja (antikvarki pa -2/3 ali +1/3). Vsi kvarki imajo spin 1/2. Za zdaj poznamo šest kvarkov treh generacij (v teku je iskanje četrte generacije kvarkov). 1. Oceni mase kvarkov u in d sta do neke mere kontroverzni. V teku je več meritev njune mase. Po nekaterih rezultatih je mogoče tudi, da bi kvark u utegnil biti celo brez mase.

Zgodovina

Kvarke sta v šestdesetih letih 20. stoletja kot teorijski koncept predlagala Murray Gell-Mann in George Zweig, ki sta uvidela, da bi se lastnosti vse večjega števila odkritih delcev, manjših od atoma, dalo pojasniti s tem, da so ti delci sestavljeni iz po treh manjših osnovnih delcev, ki jih je poimenoval kvark. Ime kvark je pobrano iz fraze »three quarks for Muster Mark« iz dela Finneganovo prebujenje (Finnegans Wake) irskega pisatelja Jamesa Joycea.

Literatura

- Janez Strnad, Iz takšne so snovi kot sanje: od atomov do kvarkov, Mladinska knjiga, Ljubljana, 1988.

Glej tudi

- Quark.

Zunanje povezave

- [http://www.kvarkadabra.net/snov/teksti/top_kvark.html Odtisi top kvarka v Fermilabu, Kvarkadabra] Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:クォーク ko:쿼크 simple:Quark

Bozon

Bozón (v literaturi se pojavlja tudi izraz boson) je delec, ki tvori povsem simetrična sestavljena kvantna stanja. Zaradi tega velja zanj Bose-Einsteinova statistika. Po izreku o spinski statistiki imajo vsi bozoni celoštevilčni spin. Imenovani so po indijskem fiziku Satjendri Natu Boseju. Vsi osnovni delci so bodisi bozoni, bodisi fermioni. V standardnem modelu so bozoni nosilci osnovnih interakcij. Sestavljeni delci, kot npr. proton ali atomsko jedro, so lahko bodisi fermioni, bodisi bozoni, odvisno od njihovega skupnega spina. Mnoga jedra so tako bozoni. Paulijevo izključitveno načelo (posamezno kvantno stanje lahko naenkrat zaseda le en fermion), ki velja za fermione, za bozone ne velja, zato lahko ti zasedajo isto kvantno stanje - glede na to, da so vse stvari identične, tudi ga zasedejo. To pojasni sevanje črnega telesa in delovanje laserjev, lastnosti tekočega helija 4, superprevodnost, pa tudi Bose-Einsteinovo kondenzacijo, ki opisuje posebno agregatno stanje snovi. Zgledi bozonov:
- fotoni,
- bozoni W in Z,
- gravitoni,
- tekoči helij,
- Cooperjev par,
- fononi.

Glej tudi

- identični delci Kategorija:Jedro in osnovni delci Kategorija:Statistična mehanika ja:ボース粒子 ko:보오존

Gluon

Gluoni so osnovni delci, kvanti, ki posredujejo močno jedrsko silo. Gluoni povezujejo kvarke v nukleone, kot sta proton ali nevtron, ter druge hadrone. Gluoni so električno nenabiti in imajo spin enak 1. Njihova masa je najverjetneje enaka nič. Atomsko jedro je stabilno zaradi gluonskih interakcij. V kvantni kromodinamiki, dandanes sprejeti teoriji za opis močne jedrske sile, se gluoni izmenjujejo ob interakciji delcev z različnim barvnim nabojem. Ko dva kvarka izmenjata gluon, se njuni barvi zamenjata - gluon vsebujo obenem anti-barvo starega barvnega naboja kvarka in barvo novega barvnega naboja. Ker so gluoni barvno nabiti, interagirajo tudi med seboj, kar privede do tega, da je analiza močne jedrske sile matematično precej zapletena in težka. Gluoni so bili prvič eksperimentalno zaznani v zgodnjih 80. letih 20. stoletja v pozitronsko-elektronskem trkalniku PETRA v raziskovalnem centru DESY blizu Hamburga, kjer so ob trkih elektronov in pozitronov ponekod opazili tri curke - tretji curek so pripisali temu, da je eden od nastalih kvarkov izseval gluon.

Glej tudi

- fizika delcev. Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:グルーオン

Barvna sila

Mòčna jêdrska síla ali mòčna interákcija (izraz interakcija je natančnejši), tudi bárvna síla je ena od štirih osnovnih interakcij v naravi. Razdelimo jo lahko na dva dela: »osnovna« močna jedrska sila in »rezidualna« močna jedrska sila. Močna jedrska sila neposredno vpliva le na kvarke, antikvarke ter gluone (bozone, ki jo posredujejo). »Osnovni« del močne jedrske sile veže skupaj kvarke v hadrone, kot sta proton ali nevtron, »rezidualni« del pa veže skupaj hadrone v atomskem jedru. V tem delu je delec, ki posreduje močno jedrsko silo, bozonski hadron ali mezon. Skladno s kvantno kromodinamiko nosi vsak kvark barvni naboj, ki obstaja v treh vrstah: »rdeč«, »zelen« in »moder«. Ta imena so zgolj oznake in niso povezana z dejanskimi barvami. Antikvarki so »anti-rdeči«, »anti-zeleni« ali »anti-modri«. Lastnost barvnega naboja je, da se enaki barvi odbijata, neenaki pa privlačita. Še posebej močan je privlak med barvo in njeno antibarvo. Delci lahko obstajajo le, če je njihova skupna barva »bela« oziroma nevtralna (čemur pravimo barvni singlet), kar pomeni, da so bodisi sestavljeni iz rdečega, zelenega in modrega kvarka (ali anti-rdečega, anti-zelenega in anti-modrega antikvarka) – takšni delci so barioni, zgleda sta proton in nevtron – bodisi iz kvarka in antikvarka iste barve (npr. rdečega kvarka in anti-rdečega antikvarka) – ti delci so mezoni. Močna interakcija deluje med kvarkoma tako, da ta izmenjujeta gluone. Obstoja devet vrst gluonov, vsak od njih je sestavljen iz barvnega in anti-barvnega naboja. Ob interakciji kvarkov ti neprestano spreminjajo svojo barvo, a tako, da se skupni barvni naboj ohranja. Če opisujemo privlačno interakcijo med rdečim in zelenim kvarkom v barionu, jo opišemo tako, da rdeči kvark izseva, zeleni kvark pa absorbira gluon, ki nosi rdeč in anti-zelen naboj. S tem postane dotlej rdeč kvark zelen, zelen pa rdeč. Skupni barvni naboj (rdeč + zelen) se tako ohranja. Če interagirata moder kvark in anti-moder antikvark v mezonu, lahko takšno interakcijo opišemo tako, da modri kvark izseva, anti-modri antikvark pa absorbira gluon, ki nosi anti-rdeč in moder naboj. S tem postane dotlej moder kvark rdeč, dotlej anti-moder antikvark pa anti-rdeč. Njun skupni barvni naboj s tem še naprej ostaja enak nič. Dva zelena kvarka se medsebojno odbijata tako, da izmenjujeta gluone, ki nosijo zelen in anti-zelen barvni naboj; njun barvni naboj s tem ostaja zelen. Za razliko od drugih osnovnih sil deluje močna interakcija tudi na delce, ki jo posredujejo, saj so tudi gluoni barvno nabiti. Zaradi tega je doseg močne interakcije močno omejen in kljub temu, da gluoni nimajo mase, ne sega dosti dlje, kot je polmer hadrona. Naslednji nenavadni pojav je tudi ta, da sila narašča z razdaljo med kvarkoma. To onemogoča, da bi opazili proste kvarke. Ko povečujemo razdaljo med kvarkoma, moramo v to vlagati vedno več energije. V nekem trenutku je energije dovolj, da se ustvarijo novi kvarki. Zato kvarke opazimo vedno le v parih ali tripletih, nikoli pa posamično. V učbenikih najdemo analogijo z elastičnim trakom: če tega res močno raztegnemo, se pretrga in namesto enega dobimo dva elastična traka. Podobno je s kvarki: če vložimo energijo in razmaknemo par kvarkov dovolj daleč, ju ne ločimo, ampak se vložena energija porabi za to, da se ustvari par kvark-antikvark.

Glej tudi

- šibka jedrska sila
- fizika delcev
- umeritvena transformacija Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:強い相互作用 ko:강한 상호작용

Elektromagnetna interakcija

Eléktromagnétna interákcija je ena od štirih osnovnih sil v naravi. Deluje med nabitimi leptonin kvarki. Elektromagnetno interakcijo posredujejo fotoni (simbol γ). Številne oblike elektromagnetnega sevanja so posledica te interakcije. Rutherfordovo sipanje kaže, da ima elektromagnetno polje daljši doseg kot šibka ali močna jedrska sila, kar je posledica dejstva, da fotoni nimajo mase in potujejo s hitrostjo svetlobe. Ker fotoni nimajo mase, ni potrebno veliko energije za njihov nastanek, kar pomeni, da je interakcija nabitih delcev z elektromagnetno interakcijo dosti verjetnejša od interakcije prek drugih polj. Elektromagnetna interakcija je privlačna ali odbojna interakcija dolgega dosega med nabitimi delci ali antidelci. V primeru privlačne interakcije delca ostaneta skupaj zaradi kontinuirane izmenjave fotonov. V 1960. letih 20. stoletja so Sheldon Glashow, Abdus Salam in Steven Weinberg neodvisno združili elektromagnetno interakcijo s šibko jedrsko silo v tako imenovano elektrošibko interakcijo, za kar so leta 1979 prejeli Nobelovo nagrado. Kasneje, med leti 1970 in 1973, so združili elektrošibko interakcijo s kvantno kromodinamiko, ki opisuje močno jedrsko silo, v enotni standardni model, ki je danes ena osnovnih teorij fizike delcev. Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:電磁相互作用

Spin

Spín (iz angl. »vrtenje«) je lastna vrtilna količina delcev v kvantni mehaniki. Za razliko od vrtenja makroskopskih teles v klasični mehaniki, katerih vrtilna količina izhaja iz njihovih sestavnih delov, spin ni povezan z vrtenjem notranjih mas. Nesestavljeni osnovni delci, kot na primer elektron, imajo spin, čeprav so točkasti delci. Za razliko od vrtilne količine v klasični mehaniki spina ne opisujemo z vektorjem, ampak navedemo spinsko kvantno število, ki določa projekcijo spina na izbrano smer (npr. smer zunanjega magnetnega polja). Spinsko kvantno število je lahko celo število ali polovica celega števila. Delci s celim spinskim kvantnim številom so bozoni, zanje velja Bose-Einsteinova statistika. Zgleda bozonov sta foton, ki ima spinsko kvantno število enako 1, in jedro helijevega izotopa ⁴He s spinskim kvantnim številom 0. Delci s polcelim spinskim kvantnim številom so fermioni, zanje velja Fermi-Diracova statistika. Zgledi fermionov so elektron, proton in nevtron (vsi imajo spinsko kvantno število enako 1/2). K spinu sestavljenih delcev, kot je denimo vodikov atom, prispevajo spinske in tirne vrtilne količine sestavnih delov. Kategorija:Jedro in osnovni delci Kategorija:Kvantna mehanika zh-cn:自旋

Celo število

Množica célih števíl, običajno označena kot Z (Z ali

\mathbb

) (nemško Zahlen: število) je določena kot množica ekvivalenčnih razredov urejenih parov naravnih števil N x N z ekvivalenčno relacijo (a, b) ~ (c, d), pri kateri velja: : a + d = b + c. Dvočleni aritmetični operaciji seštevanja in množenja celih števil sta določeni z: : (a, b) + (c, d) ≡ (a + c,b + d), : (a, b) · (c, d) ≡ (a · c + b · d, a · d + b · c). Običajno razred (a, b) označimo z znakom n, če velja b ≤ a in -n, če je a ≤ b, kjer je n poljubno naravno število, da velja a = b + n in a + n = b. S takim zapisom cela števila tvorijo znano množico . Nekaj primerov: : 0 = ekvivalenčni razred (0, 0) = ekvivalenčni razred (1, 1) = ... : 1 = ekvivalenčni razred (1, 0) = ekvivalenčni razred (2, 1) = ... : -1 = ekvivalenčni razred (0, 1) = ekvivalenčni razred (1, 2) = ... Množica celih števil je tako sestavljena iz množice naravnih števil N, in množice negativnih celih števil . Množica celih števil je najmanjša grupa, ki vsebuje naravna števila. Množica celih števil Z s seštevanjem in množenjem (Z, +, ·) tvori popolni obseg. Množica (Z, +, ·), v kateri veljajo običajne aritmetične operacije, je urejen kolobar: : (a, b) ≤ (c, d)

\in

Z, če je a + d ≤ b + c

\in

N. Vsa števila, ki so večja od 0 so pozitivna. Število 0 ni pozitivno. Množica celih števil je števno neskončna, podobno kot je množica naravnih števil, ki jo vsebuje. Množica celih števil ne tvori polja, ker na primer ni takšnega celega števila, da bi veljalo 2 x = 1. Najmanjše polje, ki vsebuje cela števila je množica racionalnih števil. Tudi cela števila kot naravna števila imajo pomembno lastnost delitve z ostankom. Če imamo dve celi števili a in b, b ≠ 0, lahko vedno najdemo takšni dve celi števili k in l, da bo veljalo: : a = b · k + l in 0 ≤ l < |b|. Število k se imenuje količnik (kvocient) in število l ostanek deljenja števila a s številom b. Števili k in l sta enolično določeni z a in b. S takšno delitvijo lahko z Evklidovim algoritmom izračunamo največji skupni delitelj. Največji skupni delitelj dveh celih števil lahko vedno zapišemo kot vsoto mnogokratnikov dveh števil. Na ta način je množica Z Evklidov obseg. To pomeni, da je Z osnovni idealni obseg in lahko cela števila zapišemo kot produkt praštevil na natanko en način. To je osnovni izrek aritmetike. S celimi števili se kot veja matematike ukvarja teorija števil. Celo število je po navadi eno izmed preprostih podatkovnih tipov v računalniških jezikih po navadi z dolžino 8, 16 ali 32 bitov. Cela števila se po navadi uporabljajo kot indeksi vektorskih polj (»array«). Kategorija:Števila ja:整数 ko:정수 th:จำนวนเต็ม

Nukleon

Nukleón je v jedrski fiziki skupno ime za gradnike atomskih jeder, protone in nevtrone. Število nukleonov v jedru podaja masno število A. Pri vseh jedrih z izjemo jedra vodika in izotopa helija ³He je število nevtronov v jedru večje ali enako številu protonov, pri čemer delež nevtronov z maso jedra narašča.

Glej tudi

- magično število Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:核子

Proton

Protón je stabilen jedrski delec z maso 1,6726 · 10^-27 kg in pozitivnim električnim nabojem 1,6022 · 10^-19 As. Protoni skupaj z nevtroni sestavljajo atomska jedra (izjema je jedro v naravi najpogostejšega izotopa vodika ¹H, ki ga sestavlja en sam proton). Protone in nevtrone v jedru veže močna jedrska sila. Število protonov v jedru je tisto, ki določa, za kateri kemijski element gre. Protone uvrščamo med barione. Sestavljeni so iz po treh kvarkov: dveh kvarkov »gor« in enega kvarka »dol«. V kemiji in biokemiji se izraz »proton« pogosto uporablja za vodikov ion v vodni raztopini, torej za hidronijev ion. V tem kontekstu je protonski donor kislina, protonski akceptor pa baza.

Zgodovina

Protone je odkril leta 1918 novozelandski fizik Ernest Rutherford. Pri opazovanju dušika v plinastem agregatnem stanju je v scintilacijskih merilnih napravah opazil sledi vodika pri trku dveh delcev alfa s plinom. Dognal je, da lahko vodik izhaja le iz dušika in zaradi tega mora dušik vsebovati vodikovo jedro. Na ta način je predlagal, da je vodikovo jedro, za katerega so vedeli, da ima vrstno število 1, osnovni delec. Imenoval ga je proton, po grški besedi protos, kar pomeni prvi.

Literatura

- Janez Strnad, Iz takšne so snovi kot sanje: od atomov do kvarkov, Mladinska knjiga, Ljubljana, 1988.

Glej tudi

- nukleon. Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:陽子 nb:Proton

Nevtron

Nevtrón je jedrski delec brez električnega naboja in z maso 1,675 · 10^-27 kg. Nevtroni skupaj s podobno težkimi protoni sestavljajo atomska jedra (izjema je jedro najpogostejšega izotopa vodika ¹H, ki ga sestavlja en sam proton). Zunaj jedra, ko nevtronov ne vežejo močne jedrske sile, nevtroni niso stabilni in razpadejo z razpolovnim časom približno 15 minut na proton, elektron in elektronski antinevtrino. Opisani razpad β poteka tudi v nekaterih nestabilnih jedrih. Nevtron uvrščamo med barione; sestavljajo ga trije kvarki, en kvark »gor« in dva kvarka »dol«.

Literatura

- Janez Strnad, Iz takšne so snovi kot sanje: od atomov do kvarkov, Mladinska knjiga, Ljubljana, 1988.

Glej tudi

- nukleon. Kategorija:Jedro in osnovni delci ja:中性子 ko:중성자 th:นิวตรอน

Atomsko jedro

Atómsko jêdro je osrednji del atoma in predstavlja večino (več kot 99,9%) mase atoma. Premer jedra je okrog 10^-15 m, kar je približno 10.000-krat manj od premera atoma. Jedro je sestavljeno iz nukleonov - pozitivno nabitih protonov in nenabitih nevtronov. Nukleoni so medsebojno povezani z močno jedrsko silo. Število protonov v jedru določa vrstno število Z in s tem kemijski značaj elementa, skupno število nukleonov pa določa masno število A. Atomi, katerih jedra imajo enako vrstno število in različno masno število, so izotopi danega elementa. Izotopi so lahko stabilni ali nestabilni. Nestabilni izotopi razpadajo z enim od radioaktivnih razpadov.

Modeli atomskega jedra

Kapljični model

Fenomenološki kapljični model opisuje jedro kot kapljico »tekočine« nukleonov. Vezavno energijo jedra podaja Weizsäckerjeva semiempirična masna formula: :

W = -w_0 A  + w_1 A^ + w_2 \frac + w_3 \frac + w_4 \frac

Prvi člen je notranja energija jedra, ki je sorazmerna številu nukleonov. Člen, sorazmeren A^2/3 opisuje površinsko energijo, ki izvira iz dejstva, da imajo nukleoni na površini manj sosedov in zato manj prispevajo k vezavni energiji. Člen, sorazmeren Z², opisuje energijo zaradi elektrostatskega odboja protonov v jedru, člen, sorazmeren (A-2Z)² pa mešalno energijo, ki fenomenološko opisuje dejstvo, da imajo lahka jedra približno enako število protonov in nevtronov. Zadnji člen je paritvena energija, ki opisuje, da so najmočneje vezana jedra s sodim številom protonov in sodim številom nevtronov, najmanj pa taka z lihim številom protonov in lihim številom nevtronov. Vrednosti snovnih parametrov v semiempirični masni formuli so (E. Segré, Nuclei and Particles, Benjamin, 1977):

Lupinski model

Lupinski model opisuje atomsko jedro analogno z modelom energijskih ravni elektronskih »lupin« v atomu. Lupinski model upošteva pare proton-proton in nevtron-nevtron. Ravni v vezavni energiji jedra so zapolnjene, ko število protonov ali nevtronov doseže 2, 8, 20, 28, 50, 82 ali 126. Te vrednosti ustrezajo tako imenovanim »magičnim« vrednostim zelo stabilnih jeder. Lupinski model pravilno napove nekatere lastnosti jedra, kot je denimo magnetni moment.

Zgodovina

Literatura

- Mitja Rosina, Jedrska fizika, Društvo matematikov, fizikov in astronomov SRS, Ljubljana 1981.
- ja:原子核 ko:원자핵 th:นิวเคลียสอะตอม

Kvantna mehanika

Kvántna mehánika (tudi kvántna fízika) je fizikalna teorija, ki opisuje obnašanje snovi na majhnih razdaljah. Pri nas izraza kvantna teorija večinoma ne uporabljamo. razdaljaa v vodikovem atomu imajo določeno energijo (naraščajoče od zgoraj: n=1,2,3,...) in vrtilno količino (naraščajoče prek: s, p, d,...). Svetlejša področja odgovarjajo višji verjetnostni gostoti za merjenje lege. Vrtilna količina in energija sta kvantizirani in zavzemata le nezvezdne vrednosti, kot jih kažejo slike.]]

Uvod

Kvantna mehanika ponuja kvantitativno razlago dveh vrst pojavov, ki jih klasična mehanika in klasična elektrodinamika ne moreta pojasniti:
- Nekatere opazljive fizikalne količine, kot denimo skupna energija črnega telesa, lahko namesto zveznih zavzamejo le nezvezne vrednosti. Pojav je znan kot kvantizacija, najmanjši korak med stanji pa je kvant. Velikost kvanta je praviloma odvisna od opazovanega sistema.
- Pod določenimi pogoji se mikroskopski delci, kot so atomi ali elektroni, obnašajo kot valovanje; opazimo lahko denimo interferenco. Pod drugimi pogoji pa se isti delci obnašajo kot klasični »delci«, torej točkasta telesa omejena na določen del prostora; opazimo lahko denimo sipanje. Ta pojav je znan kot valovno-delčna dvojnost. Osnove kvantne mehanike so postavili v prvi polovici 20. stoletja fiziki, kot so Niels Henrik David Bohr, Werner Karl Heisenberg, Erwin Schrödinger, Vladimir Aleksandrovič Fok, Paul Adrien Maurice Dirac in drugi. Nekatere osnovne vidike teorije še vedno dejavno raziskujejo, po drugi strani pa izsledke kvantne mehanike že dolgo uporabljajo številne veje fizike in kemije, med njimi fizika kondenzirane snovi, kvantna kemija in fizika delcev.

Opis teorije

Kvantna mehanika opisuje trenutno stanje sistema z valovno funkcijo, s katero je povezana verjetnostna gostota vseh merljivih lastnosti ali opazljivk. Opazljivke sistema so lahko energija, lega, gibalna količina, vrtilna količina ipd. V kvantni mehaniki opazljivkam ne moremo pripisati določenih vrednosti, ampak lahko sklepamo le o njihovih verjetnostnih porazdelitvah. Valovno obnašanje snovi lahko pojasnimo z interferenco valovnih funkcij. Valovne funkcije so lahko odvisne od časa. V nekem trenutku lahko denimo delec v praznem prostoru opišemo z valovno funkcijo, ki je valovni paket s središčem v neki povprečni legi. V nekem poznejšem času se valovni paket spremeni, s tem pa je tudi večja verjetnost, da delec najdemo na nekem drugem mestu. Časovni razvoj valovnih funkcij opisuje Schrödingerjeva enačba. Nekatere valovne funkcije opisujejo verjetnostne gostote, ki se s časom ne spreminjajo. Mednje sodijo tudi mnogi sistemi, ki bi jih v klasični mehaniki obravnavali dinamično. Zgled je elektron v nevzbujenem atomu, ki ga klasično opisujemo kot delec, ki kroži okoli atomskega jedra, v kvantni mehaniki pa ga opišemo s statičnim krogelno simetričnim oblakom verjetnostne gostote, v katerem središču je atomsko jedro. Z merjenjem določene opazljivke sistema vedno zmotimo valovno funkcijo, tako da ta zavzame eno od tako imenovanih lastnih stanj te opazljivke. Verjetnost za posamezno lastno stanje določa stanje valovne funkcije, tik preden smo jo zmotili. Za zgled si oglejmo delec, ki se giblje v praznem prostoru. Če izmerimo lego delca, bomo dobili neko naključno vrednost x. V splošnem njene natančne vrednosti ne moremo napovedati vnaprej, je pa verjetneje, da bomo izmerili vrednost blizu središča valovnega paketa, kjer je amplituda verjetnostne gostote večja. V trenutku, ko meritev izvedemo, pa se valovna funkcija »sesede« v lastno stanje, ki je ostro nakopičeno okoli izmerjene vrednosti x. Med samim procesom sesedanja valovne funkcije za slednjo ne velja Schrödingerjeva enačba. Ta je deterministična v smislu, da za valovno funkcijo v nekem trenutku povsem natančno napoveduje njeno vrednost v nekem poznejšem času. Med meritvijo pa je lastno stanje, v katero se sesede valovna funkcija, določeno verjetnostno in ne deterministično. Verjetnostna narava kvantne mehanike tako izhaja iz samega dejanja merjenja. Ena od posledic sesedanja valovnih funkcij je ta, da določenih parov opazljivk, kot sta denimo lega in gibalna količina, ne moremo obenem določiti s poljubno natančnostjo. To je znano kot Heisebnergovo načelo nedoločenosti. Kvantna mehanika je Heisenbergova zasluga, ki je leta 1927 postavil svoje temeljno načelo nedoločenosti. Načelo pravi, da nobenemu nebesnemu, atomskemu ali podatomskemu telesu ne moremo istočasno z enako stopnjo natančnosti določiti lego in hitrost v prostoru. Einstein je kvantno mehaniko zavračal, saj je menil, »da bog ne kocka«. S tem je poudaril svoje prepričanje, da naj bog pač ne bi prepuščal, da bi se stvari odvijale zgolj naključno. Angleški teorijski fizik Stephen Hawking, ki trpi zaradi bolezni gibalnih nevronov, zaradi česar je močno ohromljen, je ugotovil, da črne luknje v bistvu »izhlapevajo«. Za vrednost »izhlapevanja« je s pomočjo fizikalnih modelov določil vrednost 10⁶⁰ let; to je ničla s 60-imi ničlami, kar je veliko več od starosti Vesolja in jasno določenih starosti najstarejših zvezd (med 12 do 15 milijardami let). Hawking je ugotovil, kakor se je izrazil v svoji zbirki esejev Kratka zgodovina časa, in v zbirki Črne luknje in otroška vesolja, »... bog ne samo, da rad kocka, ampak vrže kocko tudi tja, kjer je mi ne moremo več zaznati ...« Naključja so prav glavna domena te zanimive teorije, ki je kot protiutež delovala splošni in posebni teoriji relativnosti. Ker so imeli fiziki in drugi znanstveniki veliko težav, ko so poskušali iznajti teorijo vsega in jim to do sedaj še ni uspelo. Ta teorija naj bi združila vse v eni preprosti fizikalni enačbi, ki bi bila prilagodljiva, in bi se jo dalo uporabiti povsod in bi dala odgovore na vsa znana vprašanja. Združila naj bi tudi vse štiri glavne fizikalne sile.

Matematična opredelitev

Medsebojni vpliv z drugimi fizikalnimi teorijami

Uporabe

Filozofsko razpravljanje

Zgodovina

Nekaj dobesednih navedkov

:Ne maram je in žal mi je, da sem kdajkoli imel kaj opraviti z njo. ::Erwin Schrödinger o kvantni mehaniki :Tisti, ki niso pretreseni, ko prvič naletijo na kvantno mehaniko, je nikakor niso mogli razumeti. ::Niels Henrik David Bohr :Bog se z Vesoljem ne kocka. ::Albert Einstein :Kdo ste, da bi bogu govorili kaj naj naredi? ::Niels Henrik David Bohr v odgovoru Einsteinu :Mislim, da je varno reči kako nihče ne razume kvantne mehanike. ::Richard Phillips Feynman :Vedno je razvedrilo naučiti se kaj novega o kvantni mehaniki. ::Benjamin Schumacher :Če se bo tisto izkazalo za resnično, se bom odkrižal fizike. ::Max von Laue, nobelovec 1914, o Brogliejevi trditvi, da elektroni kažejo valovno naravo. :Vsakdo, ki si je želel razpravljati o kvantnomehanskem problemu, bo lažje razumel in se naučil uporabiti kvantno mehaniko na tem problemu. ::Willis Eugene Lamb mlajši, nobelovec 1955

Zunanje povezave

- ja:量子力学 ko:양자역학

Sekunda

Sekúnda (oznaka s) je osnovna enota SI časa, enaka trajanju 9.192.631.770 nihajev valovanja, ki ga odda atom cezija 133 pri prehodu med nivojema hiperfinega razcepa osnovnega stanja. ---- Sekúnda (tudi kotna sekunda ali ločna sekunda, oznaka ") je tudi enota za merjenje kota, enaka eni šestdesetini kotne minute oziroma 1/3600 stopinje. ---- Sekúnda je v glasbi interval v obsegu dveh diatoničnih stopenj. Kategorija:Osnovne enote SI Kategorija:Časovne enote ja:秒

Kategorija:Jedro in osnovni delci

Ta kategorija zajema članke, ki obravnavajo atomsko jedro in osnovne delce. Kategorija:Fizika

Template:Infobox Pangulo iti Filipinas

Nurkowanie prag hotel nauka sms gate doda

:: RELATED NEWS ::