Osakestefüüsika kordamine 12D 1) Fermionid ja bosonid. Mille alusel jaotatakse. Millised osakesed kummagi alla kuuluvad (näide) Osakesi eristatakse spinni alusel. Bosonid: Null või täisarvulise spinnkvantarvuga osakesed. Nt: footon, gluuon, W ja Zboson Fermion: Poolearvulise spinnkvantarvuga osakesed. Nt: elektron, prooton neutron. 2) Pauli keeluprintsiip Pauli keeluprintsiip: Aatomis ei saa olla mitu elektroni, mille olek on määratud 4 kvantarvu ühesuguse kombinatsiooniga. Fermionid järgivad Pauli keeluprintsiipi. Bosonid ei allu Pauli keeluprintiibile
Elementaarosakesed Osakesed, millel puudub meile teadaolevalt alamstruktuur. Elementaarosakesi klassifitseeritakse nende spinni järgi. Spinn (tähis s) on elementaarosakese sisemine omaimpulsimoment (ka pöördimpulss ehk liikumishulga moment). Elementaarosakesed jagunevad kaheks fundamentaalklassiks: fermionid (mateeria osakesed) ja bosonid (jõu osakesed). Fermionid Osakesed, mis alluvad Fermi-Diraci statistikale. See statisitka kirjeldab põhimõtteliselt eristamatutest poolespinnilistest elementaarosakestest koosnevaid süsteeme. Fermionide jaoks kehtib Pauli keeluprintsiip. Üldisemalt väidab Pauli printsiip, et kaks identset fermioni (poolarvulise spinniga osakest) ei saa jagada sama kvantolekut. Fermionide alla kuuluvad kvargid ja leptonid ja ka liitosakesed nagu barüonid,
2 Süsteemi aditiivne kvantarv.......................................4 1.3 Elektroni kvantseisund.............................................4 2. Pauli keeluprintsiip ehk tõrjutusprintsiip................................5 2.1 Pauli keeluprintsiip.................................................5 2.2 Veidrus mikromaailmast...........................................5 2.3 Üldine väide keeluprintsiibist.....................................5 2.4 Fermionid ja bosonid...............................................5 2.5 Pauli keeluprintsiibi tuletamine...................................6 3. Kokkuvõte...................................................................7 4. Kasutatud allikad............................................................8 5. Lisa 1..........................................................................9 2
*Võib olla mõlemat tõukejõud kui ka tõmbejõud. *Vahendatav jõud on Footon. Näide: Hoiab elektronid aatomis aatomituuma ümber. Nii on võimalik luua keemilisi sidemeid molekulides. http://www.youtube.com/watch?v=HeXV3Ic8phw Magnetid Nõrk Nõrga vastastikmõju/tuumajõu ülesandeks on hoida elektrone aatomi küljes. Mõju osaleb radioaktiivses lagunemises ja tuuma liitmises. Nõrka vastastikmõju vahendavad W ja Z bosonid. Fakt: Nõrk vastastikmõju on tähtede supernoovaplahvatusel peamine radioaktiivsete elementide sünteesija selle tulemusena on tekkinud kõik rauast suurema järjekorranumbriga keemiliste elementide perioodilisussüsteemi elemendid. Tugev Tugev vastastikmõju/tuumajõud hoiab tuuma koos. Täpsemalt hoiab ta neutroneid ja prootoneid omavahel koos. Tugevat vastastikmõju vahendavad gluoonid. Tugev vastastikmõju esineb näiteks tuumafüüsikas.
Kui me tahame mingi füüsikalise objekti energiat suurendada, siis peame energia loovutamise tema poolt muutma võimatuks. Mida kujutavad endast tõrjutusprintsiip? Tõrjutusprintsiip (ehk Pauli printsiip) väidab,et ühe alusosakese mõõtmetega määratud ruumipiirkonnas võib paikneda maksimaalselt kaks vastandlike spinnidega aineosakest. Ülejäänud tõrjutakse välja. Aineosakesed ehk fermionid alluvad tõrjutusprintsiibile, väljaosakesed ehk bosonid aga mitte. Mida kujutavad endast väljade liitumine ehk superpositsiooniprintsiip? Mida kujutab endast absoluutkiiruse printsiip? Absoluutkiiruse printsiip väidab, et piirkiirusega (suurima võimaliku kiirusega) toimuv liikumine on absoluutne. Piirkiirus (välja levimise kiirus c) on kõigis taustsüsteemides ühesugune. Kõik teised liikumised on suhtelised (relatiivsusprintsiip). Iga vaatleja võib maailma kirjeldada, valides taustkehaks iseenda (eeldada, et just tema on paigal ja teised
kannavad vastastikmõju laengut ehk on ,,värvilised", nad vahetavad kvarkide värve, kandes endaga kaasas üht värvi ja antivärvi ( võtavad kvargilt värvi, annavad uue asemele), mis tekitavad tugevat vastastikmõju kvarkide vahel, 8) vaheosakesed (virtuaalsed või reaalsed) [footon (vahendab elektromagnetilist vastasmõju), gluuon (vahndab tugevat vastasmõju), W-, ja Z-boson (vahendab nõrka vastasmõju)] on fundamentaalse jõu vahendajad, kõik tuntud vaheosakesed on bosonid, vaheosakesed vahendavad vastastikmõju fermionide vahel, selleks, et kaks fermioni oleks omavahel vastasmõjus, peab üks fermion kiirgama vaheosakese ja teine fermion selle neelama, 9) kosmilistest kiirgustes, mis maani jõuavad, on kõige rohkem prootoneid, siis heeliumi tuumi ning 1% raskete elementide tuumasid, 10) kiirendid on tänapäeval ehitatud kollaideritena, kus põrkuvad vastamisi kaks kiirendatud osakeste kimpu.
Viimasel ajal on stringiteooriate hulk ka vähenenud, sest on selgunud, et mida seni on peetud erinevateks teooriateks, on tegelikult sama teooria erineva nurga alt. Enne 1990. Aastate keskpaika selgus, et on olemas viis erinevat stringiteooriat, mis pole omavahel seoses ja on kõik erinevad. Stringiteooriad Teooria Aegruumi tüüp dimensioonid Detailid Bosonite 26 Ainult bosonid, fermione ei ole, see tähendab, ainult jõud, stringiteooria ainet ei ole, nii avatud kui ka suletud stringidega. Suur viga teoorias: tahhüon, imaginaarse massiga osake, mis näitab ebastabiilsust teoorias. I 10 Supersümmeetria osakeste ja aine vahel, nii avatud kui suletud stringid, tahhüoni pole, grupi sümmeetria on SO(32)
Kui süsteemi kuuluvad osakesed alluvad eristamatuse printsiibile, siis on nad ühte liiki, vastasel korral mitte. Eristamatuse printsiibi kohaselt kaotavad süsteemi kuuluvad osakesed oma individuaalsuse. Hamiltoniaani konstrueerimisel ei tohi eristamatuse printsiibi kohaselt mistahes i- ndaja k-nda osakese vahetamine kajastuda süsteemi käitumisel, s t ühte liiki osakeste süsteemi hamiltoniaan on invariantne mistahes osakeste paari vahetamise suhtes. 50. Bosonid ja fermionid. Näited Kooskõlas eristamatuse printsiibiga jagunevad kõik osakesed kahte suurde klassi bosoniteks ja fermionideks. Bosonid vaheosakesed (nt footonid, gluuonid), nende spinn on 1 ja nad alluvad Bose- Einsteini statistikale. Nende olekufunktsioon on sümmeetriline (paarsus). Fermionid elementaarosakesed (nt elektronid, tauonid, müüonid, kvargid), nende spinn on poolearvuline ning nad alluvad Ferm-Diraci statistikale. Nende olekufunktsioon on
Üksikud kvargid ja gluuonid on ainsad elementaarosakesed, millel on värvilaeng ja mis osalevad tugevas vastasmõjus. 4.) Nõrk vastasmõju toimib nii kvarkide kui ka leptonite vahel. Nõrk vastastikmõju on peamine radioaktiivsete elementide sünteesija tähtede supernoovaplahvatusel, mille tulemusena on tekkinud kõik rauast suurema järjekorranumbriga keemiliste elementide perioodilisussüsteemi elemendid. Standardmudeli kohaselt kannavad nõrka vastasmõju massiivsed Z- ja W-bosonid. 6 Mateeriaosakesed ja värvilaeng Mateeriaosakesed on fundamentaalosakeste põhiosa, jagunevad leptoniteks (saavad esineda ka vabade osakestena; elektronneutriino ve, elektron e-, müü-neutriino v, müüon , tau-neutriino v, tau-lepton ) ja kvarkideks (tugeva vastastikmõjuga, ei saa eksisteerida vabade osakestena, on alati kolmekaupa ühinenud, laeng täisarvuline; u, d, c, s, t, b).
osakestena. Seevastu kvargid ei saa vabana eksisteerida. Nad on alati kolmekaupa ühinenud. Kvarkide arv universumis on jääv. Nad ei teki ega kao, kuid nad muutuvad üksteiseks nõrga vastastikmõju toimel. Raskemad kvargid muutuvad iseeneslikult kergemateks. Vaheosakesed Vaheosakesed (ka vahebosonid ing. keeles gauge bosons) on fundamentaalse jõu vahendajad. Kõik teadaolevad vaheosakesed on fundamentaalsed (teadaoleva alamstruktuurita) bosonid (nende spinn on täisarvuline). Vaheosakesed vahendavad vastastikmõju fermionide (poolearvulise spinniga osakeste) vahel. Selleks, et kaks fermioni oleks omavahel vastasmõjus, peab üks fermion kiirgama vaheosakese (enamasti virtuaalse) ja teine fermion selle neelama. Vaheosakesed on footon e valgusosake e valguskvant (puudub seisumass, ainest footoni välja kiirgamisel hakkab ta kohe liikuma valguskiirusega ühtlaselt
Selle aja jooksul toimus Universumis kauguste suurenemine eksponentsiaalselt ajas ning hinnanguliselt suurenesid Universumi lineaarmõõtmed umbes 1020 korda. Sellise Universumi esialgne isotroopsus ja homogeensus peaks säilima isegi siis, kui ülisuurtel punanihetel oleks nähtav Universumi osa, mis on 1060 korda suurem praegu võimsate teleskoopidega nähtavast ruumiosast. Inflatsioonilise paisumise etapi lõppedes kaovad skalaarsed bosonid. Kuid säilivad inflatsiooniga koos ilmunud kvargid. Edasi hakkavad põhirolli mängima kvarkidega seotud osakesed ja nende muundumised. Välistatud pole ka selliste osakeste esinemine, millest praegu pole aimugi. Universumi edasine evolutsioon hakkab toimuma tavalisemat tüüpi elementaarosakeste muundumise tulemusena. Seejuures Universumi pideva paisumisega kaasneb tema pidev jahtumine ja järkjärguline raskete osakeste ja antiosakeste annihilatsioon,
· tõsiasi, et pole vaadeldud magnetilisi monopole Kvarkide periood Pärast 1033 s langes temperatuur 1025 kelvinile. Moodustusid tänapäeva raskete osakeste ehituskivid kvargid ja antikvargid. Temperatuur oli aga nii kõrge ning osakestevaheliste kokkupõrgete vahelised ajavahemikud nii väikesed, et ei moodustunud veel stabiilseid prootoneid ega neutroneid, vaid ligikaudu vabadest osakestest koosnev kvark-gluuonplasma. Raskemad osakesed, nagu näiteks X-bosonid, surid välja, sest nad olid ebastabiilsed ning nende taastekkeks kiirgusest oli temperatuur juba liiga madal. Topofaas Pärast 1015 s tõusis temperatuur mõningate autorite arvates lühikeseks ajaks nii kõrgele, et kiirgusest sai veel kord tekkida raskeid osakesi. Et aga temperatuur üsna ruttu jälle langes, lagunesid ka need osakesed jälle. Neli vastasmõju Pärast 1012 s oli universum jahtunud 1016 kelvinile. Elektronõrk vastasmõju lagunes nõrgaks
1.3 Kvarkide periood Pärast 10-33 s langes temperatuur 1025 kelvinile. Moodustusid tänapäeva raskete osakeste ehituskivid kvargid ja antikvargid. Temperatuur oli aga nii kõrge ning osakestevaheliste kokkupõrgete vahelised ajavahemikud nii väikesed, et ei moodustunud veel stabiilseid prootoneid ega neutroneid, vaid ligikaudu vabadest osakestest koosnev kvark-gluuonplasma. Raskemad osakesed, nagu näiteks X- bosonid, surid välja, sest nad olid ebastabiilsed ning nende taastekkeks kiirgusest oli temperatuur juba liiga madal. 1.4 Topofaas Pärast 10-15 s tõusis temperatuur mõningate autorite arvates lühikeseks ajaks nii kõrgele, et kiirgusest sai veel kord tekkida raskeid osakesi. Et aga temperatuur üsna ruttu jälle langes, lagunesid ka need osakesed jälle. 1.5 Neli vastasmõju
mõju, erinevad nende omadused oluliselt aineosakestest(elektron, prooton, neutron) Kuigi aine ja väli esindavad mateeria kaht erinevat ilmingut, ei saa neid käsitleda kui omaette eksisteerivaid substantse. See tähendab, et ei saa ette kujutada ainet ilma väljata ning vastupidi-välja ilma aineta. Mis puutub elementaarosakestesse üldse, siis praegusel ajal arvatakse, et ,,tõeliselt" elementaarsed on vaid 6 kvarki ja 6 leptonit (aineosakesed) ning bosonid, mis vahendavad fundmentaalseid vastastikmõjusid. Kõiki tuntuid elementaarosakesi on võimalik jaotada kahte rühma nende spinni väärtuste järgi. Ühe rühma moodustavad osakesed, mille spinn on ½ ning need kujutavad endast aineosakesi. Teine rühm koosneb täisarvulise spinniga osakestest ja nende ülesanne on vahendada jõude, mis mõjuvad aineosakeste vahel. Aineosakesed spinniga ½ alluvad Pauli keeluprintsiibile, mis ei luba kaht osakest viibida ühes ja samas kvantolekus, st
Aatomituuma ehitus- Rutherfordi Bohri aatomimudel jaotas aatomi tuumaks ja elektronkatteks. Teame, et tuum on positiivse laenguga ja elektronkattel liikuvad elektronid omavad negatiivset laengut. Kokku on aatom elektriliselt neutraalne. Tuum tervikuna määrab ära elektronide arvu elektronkattes ja nende asetuse. Igal keemilisel elemendil on kordumatu elektronskeem ja nende tuumad on erinevate massidega. Mesonid on kvargist ja antikvargist koosnevad elementaarosakesed bosonid. Mesonid osalevad ka tugevas vastastikmõjus. Näiteks vahendavad mesonid aatomiuumades tuumajõudu, nukleonide vahel. Kõik mesonid on ebastabiilsed. Igal mesonil on olemas antimeson, milles kvark ja antikvark on asendatud vastava antikvargi ja kvargiga. Kui meson koosneb kvargist ja selle antikvargist, siis on ta iseenda antiosake. Selliseid mesoneid nimetatakse ka kvarkooniumiks. 8. Tuumajõud Kuivõrd tuumad on väga püsivad, peab prootoneid ja neutroneid hoidma tuumas koos mingisugused
vastavalt tänapäeva füüsikas tunnustatud seisukohtadele. Selles mõttes on aatomi põhiomadusteks mõõtmed, liikumine, laeng ja spinn. Tõrjutusprintsiip (ehk Pauli printsiip) väidab, et ühe algosakese mõõtmetega määratud ruumipiirkonnas võib paikneda maksimaalselt kaks vastandlike spinnidega aineosakest. Ülejäänud tõrjutakse välja. Aineosakesed ehk fermionid alluvad tõrjutusprintsiibile, väljaosakesed ehk bosonid aga mitte. Väljaosakesed ehk kvandid võivad viibida ühes kolmest võimalikust olekust. Need on reaal-, virtuaal- ja vaakumolek. Vaakumolek on kvandi eksistentsi variant mis seisneb tema näivas mitte-eksistentsis. Reaalolekus viibival kvandil on toime olemas ja see toime on ajaliselt piiramata. Seetõttu on reaalkvant katseliselt vaadeldav. Näiteks reaalfootonid neelduvad ja kiirguvad, mis kajastub valgus- ja soojus- aistingutes.
kuuluvad, määrab liitaine keemilise koostise. Liitained on näiteks vesi, soolad, oksiidid ja orgaanilised ühendid. Näiteks vesi H2O on ühend elementidest vesinik H (2 aatomit molekulis) ja hapnik O (1 aatom molekulis). Eri elemendid võivad moodustada ka segu, näiteks sulami. Aine on mass. Mis tagab ainel sellise omaduse olemasolu see on on üks aine ehituse mõistatustest. (Bosonid Higginsi boson). Iga aine püüdleb Maa tsentri suunas. Albert Einsten 1879 1955 tõdes juba (!) 1905 aastal, et ka energial on mass seetõttu kaldub kiirgus (energia) massi suunas maailm ei ole lineaarne, vaid deformeeritud. Energia ja massi seos: E = mc2, Energia joulides, mass kilogrammides ja valguse kiirus meetrit sekundis 2,9979 × 108, ehk ligikaudu 300 000 km/sec.
Avaldumisvorme füüsikas: elektronide difraktsioon, spektrijoonte loomulik laius jne. Tõrjutuse e. Pauli printsiip väidab, et ühe algosakesega määratud ruumipiirkonnas saab eksisteerida maksimaalselt kaks vastandlike spinnidega fermioni. Need kaks nagu ,,mahuksid" teineteise sisse. Ülejäänud osakesed tõrjutakse ruumipiirkonnast välja. Printsiip on rakendatav aineosakeste e. Fermionide suhtes, väljaosakesed e. Bosonid sellele printsiibile ei allu. Avaldumisvorme füüsikas: elektronkihtide täitumine aatomites jne. Reaalsuse (mateeria) põhivormideks on aine ja väli. Aine on reaalsuse vorm, millest koosnevad kõik kehad (asjad). Väli on reaalsuse vorm, mis vahendab vastastikmõjusid kehade vahel. Väli on aktiivne keskkond, mille vahendusel üks laetud keha mõjutab teist. Väli on jõu tekkimise võimalik- kus
Mass ja energia. Aine on mass. Mis tagab ainel sellise omaduse olemasolu see on on üks aine ehituse mõistatustest. (Bosonid Higginsi boson). Iga aine püüdleb Maa tsentri suunas. Albert Einsten 1879 1955 juba (!) 1905 aastal väitis, et ka energial on mass seetõttu kaldub ka kiirgus (energia) massi suunas maailm ei ole lineaarne, vaid deformeeritud. Energia ja massi seos: 2 E = mc , Energia joulides, mass kilogrammides ja valgus kiirus meetrit sekundis 8 2,9979 × 10 , ehk ligikaudu 300 000 km/sec. SI seitse põhiühikut Pikkus - meeter m Mass - kilogramm kg
kvantideks. Sõna aatom (kr.k. atomos) tähistabki (antud teadmiste tasemel) jagamatut algosakest. Tõrjutusprintsiip (ehk Pauli printsiip) väidab, et ühe algosakese mõõtmetega määratud ruumipiirkonnas võib paikneda maksimaalselt kaks vastandlike spinnidega aineosakest. Ülejäänud tõrjutakse välja. Aineosakesed ehk fermionid alluvad tõrjutusprintsiibile, väljaosakesed ehk bosonid aga mitte. Töö A on füüsikaline suurus, mis kirjeldab olukorra muutumisel tehtavat pingutust. Mehaanilise töö korral on tegemist kehade omavahelise asendi muutumisega. 4 Energia on füüsikaline suurus, mis kirjeldab millegi suutlikkust muuta olukorda. Energia on keha või jõu võime teha tööd. Kui see võime on tingitud keha liikumisest teiste kehade suhtes, siis on tegemist kineetilise energiaga Ek
Need osakesed vahendavad osakestevahelist vastastikmõju. Väljaosakeste omadused erinevad väga palju aineosakeste omadest ( näiteks elektronidest, prootonitest, neutronitest jt ). Aine ja väli on mateeria kaks erinevat vormi, mis ei saa olla üksteisest lahus. Näiteks elektrivälja jõujooned algavad ja lõpevad laengutel. Aine ja väli on võimelised üksteiseks muunduma. See tähendab seda, et tegelikult energia muundub ühest liigist teise. Bosonid ( mis vahendavad fundamentaalseid vastastikmõjusid ) ning aineosakesed nagu näiteks 6 kvarki ja 6 leptonit peetakse ,,tõelisteks" elementaarseteks osakesteks. Elementaarosakesed liigitatakse kahte rühma vastavalt sellele, missugune on nende osakeste spinn. Näiteks üks rühm hõlmab aineosakesi, mille spinn on 1/2. Kuid täisarvulise spinniga osakesed kuuluvad teise rühma. Need osakesed vahendavad aineosakestevahelist jõudu. Pauli keeluprintsiibi
osakestevahelist vastastikmõju. Väljaosakeste omadused erinevad väga palju aineosakeste omadest ( näiteks elektronidest, prootonitest, neutronitest jt ). Aine ja väli on mateeria kaks erinevat vormi, 109 mis ei saa olla üksteisest lahus. Näiteks elektrivälja jõujooned algavad ja lõpevad laengutel. Aine ja väli on võimelised üksteiseks muunduma. See tähendab seda, et tegelikult energia muundub ühest liigist teise. Bosonid ( mis vahendavad fundamentaalseid vastastikmõjusid ) ning aineosakesed nagu näiteks 6 kvarki ja 6 leptonit peetakse ,,tõelisteks" elementaarseteks osakesteks. Elementaarosakesed liigitatakse kahte rühma vastavalt sellele, missugune on nende osakeste spinn. Näiteks üks rühm hõlmab aineosakesi, mille spinn on 1/2. Kuid täisarvulise spinniga osakesed kuuluvad teise rühma. Need osakesed vahendavad aineosakestevahelist jõudu. Pauli keeluprintsiibi
Need osakesed vahendavad osakestevahelist vastastikmõju. Väljaosakeste omadused erinevad väga palju aineosakeste omadest ( näiteks elektronidest, prootonitest, neutronitest jt ). Aine ja väli on mateeria kaks erinevat vormi, mis ei saa olla üksteisest lahus. Näiteks elektrivälja jõujooned algavad ja lõpevad laengutel. Aine ja väli on võimelised üksteiseks muunduma. See tähendab seda, et tegelikult energia muundub ühest liigist teise. Bosonid ( mis vahendavad fundamentaalseid vastastikmõjusid ) ning aineosakesed nagu näiteks 6 kvarki ja 6 leptonit peetakse „tõelisteks“ elementaarseteks osakesteks. Elementaarosakesed liigitatakse kahte rühma vastavalt sellele, missugune on nende osakeste spinn. Näiteks üks rühm hõlmab aineosakesi, mille spinn on 1/2. Kuid täisarvulise spinniga osakesed kuuluvad teise rühma. Need osakesed vahendavad aineosakestevahelist jõudu. Pauli keeluprintsiibi
annaabi.ee 
