Elementaarosakeste füüsika

U, Chaty

Elementaarosakeste füüsika (4)

5 VÄGA HEA

Valga Gümnaasium
Referaat füüsikas
ELEMENTAAROSAKESTE FÜÜSIKA
Koostaja : Chaty Uibopuu
Valga 2010
Sisukord

Sissejuhatus...................................................................................................................3

Elementaarosakeste füüsika..........................................................................................4

Vastastikmõjud.............................................................................................................5

Mateeriaosakesed ja värvilaeng....................................................................................7

Antiosakesed ja vaheosakesed ......................................................................................8

Kosmilised kiired ja kiirendid .......................................................................................9

Osakeste detektorid......................................................................................................10

Kokkuvõte....................................................................................................................11

Kasutatud kirjandus......................................................................................................12
2
Sissejuhatus
Elementaarosake on aatomituumast väiksem osake. Täiesti korrektselt peaks kasutama siinkohal mõistet subatomaarne osake, kuid jääme hetkel igapäevakõnes levinuma termini juurde ja kasutame mõistet fundamentaalosake, kui räägime täiesti elementaarsest osakesest, millel puudub meile teadaolev alamstruktuur. Fundamentaalosakesed on leptonid , kvargid ja vastasmõjusid vahendavad vaheosakesed, kõik teised elementaarosakesed on liitosakesed. Näiteks aatomituuma moodustavad prooton ja neutron on liitosakesed ja koosnevad kvarkidest, samas kui aatomituuma ümber tiirlevad elektronid on fundamentaalosakesed (leptonid). Elementaarosakeste uurimisega tegeleb elementaarosakeste füüsika, samuti on elementaarosakestel tähtis roll nii tuumafüüsikas kui kvantmehhaanikas.
3
Elementaarosakeste füüsika
Füüsika haru, kus uuritakse elementaarosakesi ja nende muundumist.
Elementaarosakeste füüsika sai alguse aine üha väiksemate koostisosade uurimisest 19.
sajandi lõpus. 1895 . aastal avastas saksa füüsik Wilhelm Röntgen röntgenikiired, mis tekkisid
kiirete elektronide pidurdumisel elektriväljas. Aasta hiljem, so 1896. aastal, avastas prantsuse
füüsik Antoine Becquerel loodusliku radioaktiivsuse. Kiirguste avastamine viis teadlased
mõttele, et aatom võib olla jagatav veelgi väikemateks osadeks . Inglise füüsik Joseph Thomson avastas 1897. aastal esimese elementaarosakese - elektroni. Nimetus elementaarosake võeti kasutusele 1930ndatel aastatel. Elementaarosakesteks nimetatakse ka tuuma koostisosakesi. Elementaarosake – struktuurita või struktuuriga mikroosake, mis osaleb kõigis nüüdisajal tuntud füüsikalistes protsessides kui jagamatu tervik. Elementaarosakesed ei koosne teistest tuntud osakestest .
Elementaarosakesi iseloomustavad:
1. Mass
2. Elektrilaeng
3. Spinn (iseloomustab osakese pöörlemist)
4. Eluiga
Elementaarosakesed jaotatakse:
1. Leptonid
2. Mesonid
3. Barüonid
Olulisemad elementaarosakesed:
1. Elektron – J. Thomson 1897.a.
2. Prooton – E. Rutherford 1919.a.
3. Neutron – J. Chadwick 1932.a.
4. Meson
5. Neutroni β-lagunemisel eralduv neutriino
6. Kiirguskvant footon
4
Vastastikmõjud
Vastastikmõjud e. interaktsioonid on jõud, mis osakeste vahel valitsevad. Jagunevad gravitatsioonijõuks (kõige nõrgem, toimib kõigi osakeste vahel vastavalt massile, on nii nõrk, et üksikute osade juures pole tema toimet võimalik mõõta, mõjub kuitahes kaugele ning alati tõmbavalt), elektromagnetiliseks jõuks (omane kõigile elektriliselt laetud osakestele), tugevaks vastastikmõjuks (hoiab koos kvrake, väga lühikese mõjuraadiusega) ning nõrgaks vastastikmõjuks (lühikese mõjuraadiusega, ei toimi footonis, tingib raskemate osakeste lagunemise kergemateks).

Gravitatsioonijõud on neist kõige nõrgem jõud, mille kaudu avaldub gravitatsiooni nähtus. Gravitatsioonijõud avaldub kehade vastastikuse tõmbumisena. See toimib kõigi osakeste vahel vastavalt massile ja on nii nõrk, et üksikute osakeste juures pole tema toimet võimalik mõõta.
Jõu arvväärtus kahe keha vahel on
kus m1 ja m2 on kehade massid, r nende massikeskmete vaheline kaugus ja G gravitatsioonikonstant .

Elektromagnetiline vastastikmõju toimib elektriliselt laetud kehade vahel tekitades elektromagnetilise jõu. Elektromagnetiline jõud hoiab näiteks aatomis elektronid aatomituuma ümber ja tema abil luuakse keemilised sidemed molekulides. Kuna elektrilaeng võib olla nii positiivne kui negatiivne, siis võib elektromagnetilise vastasmõju tulemusena tekkinud elektromagnetiline jõud olla nii tõmbejõud (erineva märgiga laengute vahel) kui tõukejõud (samamärgiliste laengute vahel).Elektromagnetilise vastasmõju vahendajaks on footon. Kuna footon ei oma seisumassi, siis on elektromagnetilise vastasmõju ulatus lõpmatu.
5

Tugev vastastikmõju toimib värvust omavate elementaarosakeste ( kvarkide ) vahel. Tugeva vastasmõju kandjad ehk vaheosakesed on gluuonid , mis omavad värvilaengut. See
tähendab, et ka gluuon ise osaleb aktiivselt vastasmõjus. Üksikud kvargid ja gluuonid on ainsad elementaarosakesed, millel on värvilaeng ja mis osalevad tugevas vastasmõjus.

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 vμ, müüon μ, tau-neutriino vτ, tau- lepton τ) ja kvarkideks (tugeva vastastikmõjuga, ei saa eksisteerida vabade osakestena, on alati kolmekaupa ühinenud, laeng täisarvuline; u, d, c, s, t, b).
Mateeria põhiomadused:
* Liikumine ehk muutumine
* Mehaaniline liikumine – asukoha muutumine ruumis ja ajas
* Keemilised reaktsioonid – rakkude teke ja surm ( evolutsioon )
* Aine olekumuutused – faasisiirded (temperatuuri ja rõhu toimel)
Värvilaeng on tugev laeng, tähistatakse P (punane), K (kollane), S (sinine),
(roheline),
(lilla),
(oranž). Kõik elementaarosakesed on valged, kõik kvargid värvilised. Looduses on ainult „valged“ elementaarosakesed.
7
Antiosakesed ja vaheosakesed
Igal elementaarosakesel on temale vastav antiosake . Igale fundamentaalosakesele vastab samasuguste omaduste, ent vastandmärgilise laenguga antiosake. Kui osake kohtub oma antiosakesega, siis nad annihileeruvad e. kaovad ära, mass muutub puhtaks energiaks – footoniks.Antiosakestel on kõik suurused arvuliselt võrdsed, kuid vastasmärgilised (mass on mõlemal positiivne). Antiosakesi tähistatakse tavaliselt lainelise joonega ~ osakese tähise kohal: ñ tähistab antineutroni. Kvarkide arv miinus antikvarkide arv on jääv. Kui osakese moodustavad kaks kvarki, tekib värviline meson (ebastabiilne, laguneb mõne aja pärast).
Vaheosakesed on footon e valgusosake e valguskvant (puudub seisumass, ainest footoni välja kiirgamisel hakkab ta kohe liikuma valguskiirusega ühtlaselt sirgjooneliselt, suurte masside läheduses kõverdub ka valguskiire trajektoor ) ning gluoon (ei oma elektrilaengut ega seisumassi, värviline, kannab üht värvi ja üht antivärvi, põhjustab tugevat vastastikmõju). Virtuaalne osake suudab jäävaid füüsikalisi suurusi kahe ruumipunkti vahel nii üle kanda, et ta ise pole jäävuse seadusega seotud.
8
Kosmilised kiired ja kiirendid
Kosmilised kiired on peamiselt teadmata kosmilise päritoluga ja väga kõrge energiaga prootonid , mis jõuavad meie atmosfääri üsna muutumatus koguses. On siiski teada, et mõned madalama energiaga prootonid saabuvad päikeselt ja eralduvad pursetena päikese loidete käigus. Prootonid on laetud osakesed, seetõttu satuvad nad atmosfääri sisenedes Maa magnetvälja – pooluste piirkonda satub neid rohkem kui ekvaatori alale , nii et doosikiirus suureneb laiuskraadi suurenedes. Atmosfääri tungides algatavad kosmilised kiired keerulisi reaktsioone ja neelduvad järk-järgult, nii et doosikiirus kahaneb kõrguse vähenedes. Kosmilised kiired on segu paljudest erinevat tüüpi kiirgustest, sisaldades prootoneid, alfaosakesi, elektrone ja teisi erinevaid haruldasi (kõrge energiaga) osakesi.
Kiirendites kiirendatakse elektriliselt laetud osakesi (elektrone ja prootoneid), vahel ka nende antiosakesi. Kiirendamine toimub kõrgvaakumis, et vältida põrkeid õhu osakestega. Kiirendi põhiosaks on pikk õhutühi toru. Kiirendamine toimub tugevas elektriväljas, raadiolaine liigub osakestega sama kiirusega. Osakesi hoiavad koos tugeva magnetväljaga magnetläätsed. Kollaideritena ehitatud kiirendites põrkuvad kaks kiirendatud osakeste kimpu, reaktsioonis vabanev energia on u tuhat korda suurem kui kiirendatud osakeste põrkamisel vastu paigalseisvat märklauda. Lineaarkiirendi on sirge kiirendi, tsükliline ringikujuline.
9
Osakeste detektorid
Osakeste detektor on hiiglaslik ehitus, mis koosneb kümnetest eri tüüpi detektoritest. Detektorid võimaldavad osakeste trajektoore näha, pildistada ja mõõta. Ionisatsioonikamber registreerib osakeste läbilennu. Tiivkamber annab trajektoori punktidest kaks koordinaati. Detektorid on paigutatud tugevasse magnetvälja, et osakese trajektoor kõverduks. Infot saame osakese laengu, massi ja impulsi kohta. Osakesi saab „näha“ sähvatuste meetodi, Geiger-Mülleri loenduri, Wilsoni kambri, emulsiooni meetodi, mullikambri abil.
10
Kokkuvõte
Sõnal elementaarne on kaks tähendust — lihtne ja millegi koostisosa. Elementaarosakeste puhul tulevad kõne alla mõlemad tähendused. Elementaarosakesteks loetakse osakesi, mis on kõige lihtsamad, st. ise enam millestki ei koosne. Samas koosnevad teised osakesed ja lõpuks kogu aineline mateeria elementaarosakestest. Esimene elementaarosake, mille olemasolu XX sajandi alguses katseliselt tõestati, on elektron (e–). Veidi hiljem avastati ka ligi 2000 korda massiivsemad tuumaosakesed prooton (p+) ja neutron (no). Päikeselt tulevast kosmilisest kiirgusest leiti vahepealse massiga osakesed — mesonid. Laineosake on footon ehk gammakvant . Tänapäeval tuntakse erinevaid elementaarosakesi üle paarisaja .
11
Kasutatud kirjandus:
1.) http://j005u.net/upload/elementaarosakeste%20f%FC%FCsika.pdf
2.) http://fyysika.onepagefree.com/files/Elementaarosakesed%5B1%5D.pdf
3.) http://et.wikipedia.org/wiki/Gravitatsioonij%C3%B5ud
4.) http://et.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetiline_vastastikm%C3%B5ju
5.) http://et.wikipedia.org/wiki/N%C3%B5rk_vastastikm%C3%B5ju
6.) http://et.wikipedia.org/wiki/Tugev_vastastikm%C3%B5ju
7.) http://www.syg.edu.ee/~peil/fyysika/elementaarosakesed.pdf
8.) http://www.kiirguskeskus.ee/image/looduslik_kiirgus.pdf
9.) http://www.geenius.eu/fail/597/Elementaarosakesete-fuusika
10.) Ain Ainsaar, FÜÜSIKA XII klassile, Tallinn „Koolibri“, 1996
12

.DOC Laadi alla originaalfail 12 lk · .doc · 55 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 12 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2010-12-16 Kuupäev, millal dokument üles laeti

55 laadimist Kokku alla laetud

4 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

Chaty U Õppematerjali autor

Referaat füüsikas

elementaarosakeste füüsika vastastikmõjud mateeriaosakesed värvilaeng antiosakesed vaheosakesed kosmilised kiired kosmilised kiirendid osakeste detektorid

Kasutatud allikad

Sarnased õppematerjalid

docx

Elementaarosakeste Füüsika

· Vastastikmõju 6 · Värv- tugeva vastastikmõju laeng 7 · Antiosakesed 7 · Kosmilised kiired 8 · Kiirendid 8 · Osakeste detektorid 9 · Kokkuvõte 10 · Kasutatud kirjandus 11 Sissejuhatus Sõnal elementaarne on kaks tähendust -- lihtne ja millegi koostisosa. Elementaarosakeste puhultulevad kõne alla mõlemad tähendused. Elementaarosakesteks loetakse osakesi, mis on kõigelihtsamad, st. ise enam millestki ei koosne. Samas koosnevad teised osakesed ja lõpuks kogu ainelinemateeria elementaarosakestest. Elementaarosakeste füüsika tegeleb aine ja kiirguse vähimate osakeste - elementaarosakeste ja nendevaheliste vastasmõjudega. Seda kutsutakse mõnel juhul ka suurte energiate füüsikaks,

Füüsika

doc

Referaat elementaarosakestest

Elementaarosakeste füüsika Referaat 2011 Mis on elementaarosake ja kuidas neid liigitada? Inglise füüsik Joseph Thomson avastas 1897. aastal esimese elementaarosakese - elektroni. Elementaarosakesteks nimetatakse ka tuuma koostisosakesi.Elementaarosakesteks loetakse osakesi, mis on kõige lihtsamad ja ise enam millestki ei koosne. Samas koosnevad teised osakesed ja lõpuks kogu aineline mateeria elementaarosakestest. Kõige loomulikumaks liigituse aluseks on jõud ehk vastastimõjud, mis osakeste vahel valitsevad : Nõrgeim jõud on gravitatsioonijõud

Füüsika

docx

Elementaarosakeste füüsika

töötamist. 15. Selgita, mis on standardmudel ja pane kirja, mis on tähtsaimad avastused, mis on tehtud ja mis ootavad avastamist. 1) kõige nõrgem gravitatsioonijõud kõigi osakeste vahel 10-36, nõrk tuumajõud kehtib kõigile elementaarosakestele, v.a footon 10-7, elektromagnetiline vastastikmõju elektriliselt laetud osakestele mõjub 1, kõige tugevam tugev tuumajõud hoiab kvarke koos - 20 2) elementaarosake, mis ei koosne mingitest algosakestest, on fundamentaalosake, 3) mateeriaosakesed ehk aineosakesed nn aine ehituskivid: kvargid (tugeva vastastikmõjuga) ja leptonid (pole tugeva vastastikmõjuga), vaheosakesed footonid (elektromagnetilise jõu kandjad) ja gluuonid (vahendavad tugevat vastastikmõju kvarkide vahel), 4) kvark jääv elementaarosa, mis osaleb tugevas vastastikmõjus, ei saa olla värvitu,

Füüsika

docx

Referaat: Elementaarosakeste füüsika

Häädemeeste Keskkool Elementaarosakeste füüsika Referaat Koostaja: Tiiu Hanson Häädemeeste 2010 Sisukord Sissejuhatus.................................................................................................................................3 Vastastikmõjud................................................

Füüsika

doc

Elementaarosakesete füüsika

Ande Andekas-Lammutaja Füüsika Elementaarosakesete füüsika Vastastikmõjud e. interaktsioonid on jõud, mis osakeste vahel valitsevad. Jagunevad gravitatsioonijõuks (kõige nõrgem, toimib kõigi osakeste vahel vastavalt massile, on nii nõrk, et üksikute osade juures pole tema toimet võimalik mõõta, mõjub kuitahes kaugele ning alati tõmbavalt), elektromagnetiliseks jõuks (omane kõigile elektriliselt laetud osakestele), tugevaks vastastikmõjuks (hoiab

Füüsika

doc

Elementaarosakesed

mõjuraadiusega. Tugev vastastikmõju on see jõud mis hoiab koos fundamentaalosakesi ehk kvarke. See jõud on eriti tugev, sest tuumajõud on kõigest tema nõrk, väljapoole põhiseoseid ulatuv kaja. Lõpuks on veel nõrk vastastikmõju, mis on tuhandeid kõrdi nõrgem kui elektromagnetilised jõud, kuid palju tugevam kui gravitatsioonijõud. Ta on väga lühikese mõjuraadiusega ja toimib kõigisse vaadeldud osakestesse peale footoni. 2. Mida tähendab mõiste "elementaarosake"? Elementaarosake on osake, mis ei koosne omakorda enam algosakestest, tänapäeval tuntakse elementaarosakestena prootoneid ja neutroneid, kuid tegelikult pole need osakesed elementaarsed vaid koosnevad kvarkidest. 3. Milliseid osakesi nimetatakse fundamentaalseteks? Fundamentaalseteks nimetatakse kvarke ja leptoneid, fundamentaalsed on kõige algsemad osakesed, mis omakorda algosakestest ei koosne. 4. Võrdle leptoneid ja kvarke. Kvargid on tugeva vastatikmõjuga osakesed, leptonid mitte

Füüsika

odt

Elementaarosakeste füüsika kokkuvõte

Gravitatsiooniline vastastikmõju. Oma olemuselt universaalne, gravitasioonile alluvad kõik kehad. Väljendub kehade tõmbumises. · Elektromagnetiline vastastikmõju Gravitatsioonilisest tugevam. Elektriliselt laetud kehade vahel · Tugev vastastikmõju Tuumasisene mõju. Elektromagnetilisest oluliselt tugevam. · Nõrk vastastikmõju Põhjustab aatomituumade lagunemist. Väga väikestel kaugustel, nõrgem kui elektromagnetiline ja tugev vastastikmõju Elementaarosakeste füüsika on füüsika haru, mis uurib elementaarosakesi ja nende muundumisi · Eesmärgiks on elementaarosakeste süstematiseerimine ja eri vastastikmõjusid ühendav teooria · Nimetus elementaarosake võeti kasutusele 1930. aastatel, tähistamaks osakesi, millest sai maailma üles ehitada. Ja nendeks olid elektron, prooton, neutron ja footon, puudu jäi(d) tuumajõudude ülekandja(d). Kuna hiljem on seda nimetust kasutatud (ja kasutatakse ka praegu) osakeste jaoks, mis ilmselt pole enam elementaarsed (hadronid

Füüsika

doc

Elementaarosakesed

1. Selgus, et aatomituum on keerulise struktuuriga süsteem, mille terviklikkuse tagab senitundmatu mõju tugev vastastikmõju. 2. 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

Füüsika

Rohkem sarnaseid