Elementaarosakeste füüsika (0)

Elementaarosakeste füüsika
Elementaarosakese mõiste areng- Ajalooliselt on arvatud, et väikseim osake on aatom ( kreeka k ’jagamatu’). Hiljem avastati, et need koosnevad aatomituumadest ja elektronidest. Siis avastatu aatomituuma alamstruktuur: prootonid ja neutronid , mida omakorda pikalt peegi jagamatuteks. Nüüd on teada, et ka prootonid ja neutronid ei ole jagamatud osakesed, vaid koosnevad kvarkidest. Kuid kindlasti pole tegemist lõpliku füüsikateooriga- elementaarosakeste loetelu saab tõenäoliselt tulevikus täiendada või korrigeerida . Seega sõltub elementaarosakese mõiste sellest, kui väikesemõõtmelisi struktuure parasjagu olemasolev tehnoloogia võimaldab uurida.
Elementaarosakesed - mateeria kõige väiksemad koostisosad, mis käituvad ühtse tervikuna ega koosne lihtsamatest osakestest .
Paljudest elementaariosakestest koosnevaid kehasid nimetatakse makrokehadeks.
FUNDAMENTAALOSAKESED
Paljud loevad elementaarosakesteks näiteks prootonit, neutronit, elektroni ja footonid . Kuid nad ei ole tõeliselt elementaarsed, vaid koosnevad omakorda väiksematest osakestest- KVARKIDEST. Selliseid osakesi, mis ei oma sisemist struktuuri, nimetatakse fundamentaalosakesteks.
OSAKESED JA VASTASTIKMÕJU
Looduses esineb nelja liiki vastasmõjusid ehk interaktsioone.

Gravitatsioonilises vastasmõjus osalevad kõik osakesed ja makrokehad tänu sellele, et neil on mass. Avaldub ainult osakestevahelises tõmbumises. Nii nõrk, et tema toimet pole võimalik üksikute osakeste juures võimalik mõõta.

Elektromagnetiline vastasmõjus osalevad osakesed ja makrokehad tänu sellele, et neil on elektrilaeng . Elektrilised ja magnetilised jõud esinevad alati teineteisest lahutamatult üheskoos. Looduses eksisteerib kaht liiki elektrilaenguid (+ ja -), seega võib elektromagnetiline vastasmõju avalduda nii tõmbumise kui ka tõukumisena. Ka el.magn. vastasmõju ei kasutata osakeste liigitamisel.

Tugeva vastasmõju jõududeks nimetatakse jõudusid, mis mõjuvad tuumaosakeste(prootonite ja neutronite ehk nukleonide) vahel. Uuema teooria kohaselt mõjuvad tugeva vastasmõju jõud mitte nukleonide vaid hoopis kvarkide vahel.

Elementaarosakesed võivad vastastikku muunduda- selle põhjuseks on fundamentaalosakeste vahel õjuvad nõrga vastasmõju jõud. Nad mõjutavad nii kvarkide kui teist liiki fundamentaalosakeste- leptonite vahel. Leptonid on osakesed, mis ei osale tugevas vastasmõjus. Tüüpilisteks leptoniteks on elektronid.
KVARGID
On prootonite ja neutronite ehituskivid, mis osalevad tugevas vastasmõjus. Kvarke on 6 liiki.
Kvargivangistus- kvargid ei saa iseseisvalt eksisteerida vaid on ’’vangistatud’’ elementaarosakestesse. Kuna vähim võimalik eksisteerida saav elektrilaen on prootoni/elektroni laengule vastav elementaarlaeng , siis on kvarkide vangistuse üheks peapõhjuseks just nende murdarvuline elektrilaeng. Elementaarosakestes peavad kvargid olema kahe või kolmekaupa.
Värvilaeng
Lisaks on kvarkidel nende tugevasse vastasmõjusse astumise võimet iseloomustav füüsikaline suurus, mida nietatakse värvilaenguks. Neid on kolme liiki:

R nagu punane

G nagu roheline

B nagu sinine
Analoogiliselt põhivärvide liitmisega, annab ka kolme värvuslaengu omavaheline liitmine kokku valge. Kõik elementaarosakesed on valged, st nad sisaldavad kolme erivärvilist kvarki.
KVARGID JA ENERGIA
Prootonit ja neutronit moodistavate kvarkide seisumass on eraldivõetuna suurem prootoni (või neutroni) seisumassist. Põhjuseks on see, et kvarkide kättesaamiseks elementaarosakestest tulev kulutada energiat- kulutatud energia väljendubki tükkide seisumassi suurenemises.
TEISED KVARKIDEST MOODUSTATUD OSAKESED
Kvarkide omavahelisel varieerimisel on võimalik moodustada väga palju erinevaid elementaarosakesi ehk hadroneid. Paraku on enamiks nendest väga ebastabiilsed ja muunduvad väga lühikese eluea järel (tänu nõrgale vastasmõjule) teisteks, stabiilsemateks osadeks .
ANTIOSAKESED
Elementaar - ja fundamentaalosakesi uurides on teadlased jõudnud järeldusele, et mikromaailm on sümmeetriline - see tähendab, et iga kirjeldatud osakese jaoks on olemas osake, mille kõik omadused (va. Mass) on vastupidised vaadeldava osakese omadusega . Näiteks elektron vs antielektron. Seega igale kvargile vastab antikvark , igale värvile antivärv ja igale leptonile/mesonile/barüonile vastav antiosake.
Antiosakestest moodustunud antiaatomeid ja antimolekule nimetatakse antiaineks. Teoreetiliselt peaks antiainel olema samad keemilised ja füüsikalised omadused kui vataval ainel, kuid seda ei ole veel piisavalt uuritud, sest teaduseksperimentides on saadud ainult üksikuid antiosakesi. Kui osake ja antiosake omavahel kohtuvad, siis nad annihileeruvad st nendes sisalduv mass muutub energiaks.
ELEMENTAAROSAKESTE UURIMINE
Kosmiline kiirgus on ammentamatuks allikaks elementaarosakeste uurimise seisukohalt. Kosmiline kiirgus tekib tähtedel toimuvate termotuuma reaktsioonide käigus ning sisaldab endas väga suure energiaga osakesi. Kui suure energiaga osakesed põrkuvad teiste osakstega, võib selle vastasmõju käigus tekkisa uusi osakesi, mis on võimalik uurida eriliste detektoritega.
Minimeerimaks kosmilise kiirgusest tulenevate osakeste juhuslikkust, püütakse kiirgusele sarnast olukorda luua ka Maa pealsetes tingimustes- kiirendites. Elementaarosakeste kiirendid on seadeldised, kus elektronmagnetväljas antakse osakestele ülisuur energia ning sobival hetkel korraldatakse nende osakeste kokkupõrge ning uuritakse põrkel tekkivaid osakesi.