Elementaarosakesed (3)

1. Elementaarosakesteks nimetatakse mateeria kõige väiksemaid koostisosi, mis käituvad vaadeldavates füüsikalistes protsessides jagamatu tervikuna . Nad ei lagune tükkideks, nad muunduvad üksteiseks.
Fundamentaalosakesteks nimetatakse kõige algsemaid osakesi, mis ei koosne enam omakorda mingitest algosakestest. Suur osa elementaarosakestest on ka fundamentaalosakesed. Need on osakesed, millel puudub sisemine struktuur.
2. Mateeriaosakesed:

• kvarke on 6 (u,d,c,s,t,b). u-,c-,t-kvarkidel on elektrilaeng +2/3e ning d-,s-,b-kvarkidel -1/3e. Kvargid osalevad nõrgas ja tugevas vastastikmõjus. Kvargid ei saa vabal kujul eksisteerida, nad on alati omavahel ühinenud. Kvarkidele on omane tugev vastastikmõju laeng, mida nimetatakse värviks (P,K,S). Looduses on kõik elementaarosakesed valged st koosnevad 3-st eri värvi kvargist.
  
• Leptoneid on 6 ( elektron , müüon, tauon ning 3 vastavat neutriinot). Kolmel esimesel on laeng -e, neutriinodel laeng puudub. Leptonid osalevad ainult nõrgas vastastikmõjus. Leptonid esinevad ka iseseisvalt.
  

Vaheosakesed, mis vahendavad vastastikmõju, on virtuaalsed. Nad väljuvad ühest vastastikmõjus osalevast mateeriaosakesest ning liituvad teisega , kuuludes oma eksistentsi vältel korraga mõlemale.

• Footonid vahendavad elektromagnetilist vastastikmõju
  
• gluuonid vahendavad tugevat mõju
  
• uiikonid ehk vahebosonid vahendavad nõrka vastastikmõju
  
• gravitonid vahendavad gravitatsioonilist mõju
  

3. Kvarkidel on veel üks täiendav laeng, milles seisnebki nende vastastikmõju-värvilaeng.asetsevad 3 kaupa koos:kollane, sinine, punane. Sama palju helendavad ning seetõttu on kõik elementaarosakesed valged.
4.Antiosakesed- samasuguste omadustega fundamentaalosakestega, ainult kõik laengud on vastasmärgilised. Lähteosaakestega sama mass.
Annihhileerumine- kui osake ja antiosake kohtuvad, siis nad hävinevad. Positroni ja elektroni kohtumisel muunduvad nad footoniks.
5.Vaheosakesed, mis vahendavad vastastikmõjusid, on virtuaalosakesed.Väljuvad ühest vastastikmõjust olevast mateeriaosakesest ning liituvad teistega .
6.Gluuonid- põhjustavad elektromagentilist vastastikmõju, tugevat.
7.Kiire osake satub maa atmosfääri, põrkub õhu molekuliga ja sellest võib tekkida palju igasuguseid osakesi. Jätkavad teed Maa poole ja põhjustavad uusi põrkeid. Kõige rohkem on prootoneid, teiseks heeliumi tuumi – kosmilises kiirguses. Palju neutriinosid. Hulk osakesi on pärit päikeselt, tekitavad virmalisi.
8.Kiirendatakse laetud osakesi – elektrone ja prootoneid. Kiirendamine toimub kõrgvaakumis, et vältida põrkeid õhu osakestega. Kiirendi põhiosaks on pikk õhutühi toru, umbes 10 cm läbimõõduga. Teiseks kuuluvad sinna juurde ka osakesi kooshoidvad magnetläätsed.
9.Lineaarkiirendid on sirged kiirendid. Tsüklilised kiirendid on ringikujulised.
10.Fotoplaadi kasutamine, udukamber, mullikamber , triivkamber, ionisatsioonikamber.
11.Wilsoni kamber – üleküllastunud aurus tekib ioonide ümber udupiisakeste rada.
Mullikamber – ülekuumenenud vedeliku keemine väikesteks mullikesteks ioonide ümber ja tekib valge joon tähistamaks osakeste teed.
Ionisatsioonikamber – teatud väljatugevusest hakkavad nad gaasi neutraalsete osakestega nii tugevasti põrkuma, et vabanevad uued laengud. Ei näita küll osakeste täpset teed, vaid registreerib nende läbilennu.
Triivkamber – ioonid tõmmatakse elektrivälja abil kambri põhja asetatud traatvõrgustikule.
Pooljuhtkamber – tuhanded pooljuhtdioodid, mille pingestatud siirdes tekib ioniseeriva osakese läbilennul lühike vooluimpulss.
12.Vaadeldud fundamentaalosakeste ja vastastikmõju süsteem kannab standardmudeli nime. Kujunes välja seoses c-kvargi ja leptoni avastamisega, t kvark samuti. Leidmata on veel Higgsi osake. Praegu otsib teadus edasi, et seletada standardmudeli põhiparameetreid: võimalikke uusi osakesi. 1931 – ehitati esimene kiirendi.
Elementaarosake - elektron, neutron , prooton , footon – mikroosake, mis osaleb kõigis nüüdisajal tuntud füüsikaprotsessides kui jagamatu tervik.
I murrang(1932-1934):

J. Chadwick avastas neutroni. Sellele järgnes tugeva vastastikmõju avastamine.

K. Fayans ja F. Soddy sõnastasid nihkereeglid .

C. Anderson avastas positroni.

F. ja I. Curie avastasid tehisradioaktiivsuse ja lõid beeta-lagunemise teooria.

F. ja I. Joliot-Curie tõestasid, et elektron ja positron annihileeruvad kohtumisel ning sünnib kaks kvanti. Gamma-kavnt muundub vastastikmõjus tuumaga elektron-positronpaariks.
Aine võib muunduda väljaks ja vastupidi.
Elementaarosakesed võivad muunduda, kuid ei koosne vabas olekus eksisteerivatest osakestest .
Elementaarosakeste de Broglie´ lainepikkus on samas suurusjärgus kui nende läbimõõt; elementaarosakestega toimuvates protsessides avalduvad selgesti kvantomadused.
Kõigile elementaarosakestele vastavad antiosakesed. Osakese ja selle antiosakese massid on võrdsed, mõned karakteristikud , nt elektrilaeng, on vastandmärgilised. Osake ja antiosake annihileeruvad kohtumisel – esialgsed osakesed kaovad ning asemele tekib paar uusi osakesi ja antiosakesi.
Elementaarosakeste põhilisteks karakteristikuteks on:

seisumass;

laengutüüpi kvantarvud, mis võimaldavad klassifitseerida ja määravad, millised muundumised on lubatud;

eluiga;

muundumisprotsesside tõenäosused.
Elementaarosakeste laineomadused ja valguse kiiruse lähedaste liikumiskiiruste tõttu peab rakendama nii erirelatiivsusteooria kui kvantmehaanika mõistestikku ja seaduspärasusi. Osakese ja antiosakese tekkimise ja kadumise seletamiseks on vajalik käsitleda ka välja kui kvanditud süsteemi.
II murrang:
1964 a. M.Gell-Mann ja G. Zweig näitasid, et osakesi saab klassifitseerida. Kõik tugevas vastastikmõjus osalevad osakesed koosnevad kvarkidest ja antikvarkidest.
Tuumafüüsika avas maailmatunnetuses uue horisondi ja võimaldas tungida mateeria struktuuri uurimisel veel kahe astme võrra sügavamale.

Selgus, et aatomituum on keerulise struktuuriga süsteem, mille terviklikkuse tagab senitundmatu mõju – tugev vastastikmõju.

Tuuma koostisosakestel – nukleonidel – on samuti sisemine struktuur. Kuid nukleonide koosseisu kuuluvaid osakesi – kvarke – ei ole nüüdisaegsete teadmiste kohaselt võimalik nukleonide koosseisust eraldada. Kvargid on hadronites igaveses vangistuses .
Uute teadmiste valguses eraldus tuumafüüsikast uus füüsiharu – elementaarosakeste füüsika. Avastati nõrk vastastikmõju. Tuumafüüsikas ja elementaarosakeste füüsikas uuritavatel objektidel on nii korpuskulaar- kui laineomadused. Paljud objektid liiguvad valguse kiirusele lähedase kiirusega, seega oligi vaja luua relativistlik kvantmehaanika(kvantmehaanika+ relatiivsusteooria ). Aatomituumade uurimisel avastati, et nendes on peidus tohutult energiat(kasutatakse aatomielektrijaamades).
I. Idealiseeritud objektid
Aatomituum. Aatomi koostisosa , millesse on koondunud peaaegu kogu aatomi mass. Koosneb prootonitest ja neutronitest , mida hoiavad koos tuumajõud. Pauli keeluprintsiibi kohaselt on tuum kihilise ehitusega.
Nukleon on tuuma koostisosa. Prooton ja neutron on nukleoni kaks olekut.
Positron on elektroni antiosake. Positroni mass võrdub elektroni massiga; positronil on positiivne elementaarlaeng, mis võrdub elektroni laengu absoluutväärtusega. Positron ja elektron annihileeruvad kohtumisel ja sünnib kaks gammakvanti.
Neutriino on elementaarosake, mis osaleb vaid nõrgas ja gravitatsioonilises vastastikmõjus. Elektrilaeng võrdub nulliga, samuti seisumass.
Elementaarosake on mikroosake, mis osaleb kõigis nüüdisajal tuntud füüsikaprotsessides kui jagamatu tervik. Igale elementaarosakesele vastab antiosake, mis erineb osakestest mingi karakteristiku poolest.

leptonid, mis osalevad gravitatsioonilises, elektromagnetilises ja nõrgas vastastikmõjus, kuid ei osale tugevad vastastikmõjus. Neil puudub sisemine struktuur. 6 osakest + 6 antiosakest. Nt elektron, positron, elektronneutriino, antielektronneutriino.

hadronid, mis osalevad kõikides vastastikmõjudes. Hadronid koosnevad kvarkidest ja antikvarkidest, mis vabas olekus ei esine. Hadroneid on mitusada. Need kõik – va. prooton – on ebastabiilsed.
Kvark on hardoni koostisosa, mis vabas olekus ei esine. Kvargi elektrilaeng on elementaarlaengu murdarvkordne.
u-kvark = üles; d-kvark = alla; c-kvark = sarm; s-kvark = veider ; t-kvark = tõde; b-kvark = ilu.
Meid ümbritseva mateeria moodustamiseks piisab elektronist, u-kvargist ja d-kvargist(u+d=nukleon).
II. Seadused
Tuuma massiarv on prootonite ja neutronite arvude summa. A=Z+N
Tuuma mass on alati väikem tuuma moodustavate prootonite ja neutronite masside summast.
Alfalagunemisel tekib uus keemiline element, mis on perioodilisussüsteemis lähteelementidega võrreldes kaks kohta eespool .
Beetalagunemisel tekib uus keemiline element, mis on perioodilisussüsteemis lähteelemendiga võrreldes ühe koha võrra tagapool. Beetalagunemisel muundub üks neutron prootoniks ja sünnib elektron ning antielektronneutriino.
Igat radioaktiivset elementi iseloomustab ajavahemik , mille jooksul laguneb pool selle elemendi tuumast.
III. Mõisted
Aatommassiühik- tuumafüüsikas kasutatav süstemaatiline mõõtühik.
Isotoop - keemilise elemendi teisik, mille aatomituumas on sama arv prootoneid, kuid erinev arv neutroneid.
Tuuma seoseenergia - nukleonide vastastikmõjuenergia vastandväärtus. Tuuma seoseenergia on võrdne tööga, mis kulub tuuma lahutamiseks koostisosadeks.
Eriseoseenergia- tuuma seoseenergia ühe nukleoni kohta.
Massidefekt- tuuma moodustavate nukleonide masside summa ja selle tuuma massi vahe.
Radioaktiivsus - aatomi lagunemine laetud osakesteks ja teiseke aatomiks, mille keemilised omadused on esialgse aatomi omadustest erinevad.
Looduslik radioaktiivsus- tuumade iseeneslilk muundumine.
Tehisradioaktiivsus- tuumareaktsioonide tulemusel tekkinud isotoopide radioaktiivsus.
Alfakiirgus - radioaktiivse elemendi tuumadest väljuv heeliumi aatomi tuumade voog .
Beetakiirgus- elektronide voog, mis tekib radioaktiivse elemendi ühe neutroni muundumisel prootoniks.
Gammakiirgus - elektromagnetvälja kvantide voog, mmis tekib tuuma siirdel ergastatud olekust põhiolekusse.
Poolestusaeg- ajavahemik, mille jooksul langeb pool antud rasioaktiivse elemendi tuumadest.
Tuumareaktsioon- aatomituumade muundumine vastastikmõju käigus mingi mikroosakese või teise tuumaga.
Ioniseeriv kiirgus- kiirete mikroosakeste voog ja lühilaineline elektromagnetkiirgus , mis ioniseerib aatomeid ja molekule.
Kiirguse neeldumisdoos - füüsikalin suurus, mis võrdub neeldunud ioniseeriva kiirguse  ja kiiritatava aine massi suhtega.
Ekvivalentne kiirgusdoos- suvalise kiirguse doos , mis avaldab samasugust bioloogilist toimet nagu üks grei neeldunud röntgeni- või gammakiirgust.
Annihilatsioon- osakese ja antiosakese kadumine nende kohtumisel ning nende asemele uute osakeste ja antiosakeste paari tekkimine.