Mateeriaosakeste tabel jaguneb kaheks leptonid ja kvargid. Kvargid on tugeva vastastikmõjuga osakesed. Kvarkide arv universumis on jääv. St, nad ei teki ega kao, vaid muutuvad üksteiseks nõrga vastastikmõju toimel. raskemad kvargid muutuvad iseeneslikult kergemateks nii, et eraldub lepton ja vastav antineutriino. Kvargi muutumine toimub elementaarosakese sees ja vastavalt muutub ka see osake. Kvargid on alati kolmekaupa koos tuleb sellest, et neil on värvilaeng. Looduses on ainult valged elementaarosakesed. Igale fundamentaalosakesele vastab antiosake. Need on kõiges täpselt samasuguste omadustega, ainult laeng on vastasmärgiline. Antikvargidele omased värvid ei lange kokku kvarkide omadega. Kui osake kohutub oma antiosakesega, siis nad annihileeruvad kaovad nii, et kogu nende mass muutub puhtaks energiaks footoniteks. Kvarkide arv miinus antikvarkide arv on jääv. Sellised osakesed, kus kvark on seotud omaenda antikvargiga nim mesonideks.
Gravitatsioon, nõrk vastastikmõju, elektromagnetiline vastastikmõju, tugev vastastikmõju 9) Kvargid mis osakesed on, kuidas käituvad, kus esineb Kvargid: Elementaarosakesed, mis osalevad tugevas vastastikmõjus. Aine väikseimad osakesed. Ei esine vabade, üksikute osakestena. Esinevad kolmekaupa. 10) Värvilaeng mis on, millel/kellel räägime värvilaengust. Värvilaeng on gluuoni poolt kantav laeng. Tugeva vastastikmõju väljendusviis. Gluuon laengu kandja. 11) Mateeria värvus Kvarkidest moodustub mateeria on valge. 12) Vaheosakesed oska nimetada, kahte tuntumat iseloomustada Footon energiakandja Gluuon – värvilaengu kandja kvarkide vahel e tugeva vastastikmõju kandja. W ja Z boson (ei pea oskama iseloomustama, peab oskama nimetama)
Valga 2010 Sisukord 1. Sissejuhatus...................................................................................................................3 2. Elementaarosakeste füüsika..........................................................................................4 3. Vastastikmõjud.............................................................................................................5 4. Mateeriaosakesed ja värvilaeng....................................................................................7 5. Antiosakesed ja vaheosakesed......................................................................................8 6. Kosmilised kiired ja kiirendid.......................................................................................9 7. Osakeste detektorid......................................................................................................10 8. Kokkuvõte.........................
2. Mis on leptonid? 4. Millistest kvarkidest koosneb prooton ja milline on tema laeng? 6. Mis on värvilaeng? 8. Joonista värvilaengu süsteem ja selgita kuidas neid kasutatakse. 10. Mis on kosmilised kiired? 12. Iseloomusta osakeste detektoreid(3) 1. Vastastikmõjusid on nelja erinevat liiki: Gravitatsioon, Tugev jõud, Nõrk jõud, elektromagnetiline jõud. 3. Kvargid on elementaarosakeste sees olevad värvilaenguga laetud osakesed. 5. Neutron koosneb ühest u kvargist ja kahest d kvargist 7
Tuumajõud esineb nii elektriliselt laetud kui laadimata osakeste vahel. *Nõrk (elementaarosakesed) Esineb kõikide elementaarosakeste vahel. Selle mõjuraadius on veel väiksem. 2. Iseloomusta footonit on elektromagnetkiirguse väikseim osake ehk kvant. Footon on vaheosake, mis vahendab elektromagnetilist vastasmõju. Footon ise oma vahendatava vastasmõju laengut ei kanna ja on elektriliselt neutraalne. Tema seisumass on 0 ning seetõttu liigub ta vaakumis alati valguse kiirusega . 3.Mis on värvilaeng,kus ta esineb? Värvilaeng on kvarke ja gluuoneid iseloomustav kvantarv, mis on sarnane (natuke!) elektrilaenguga. Kolme liiki - punane, sinine ja roheline. Igale värvile vastab tema antivärvilaeng - antipunane, antisinine ja antiroheline. Elementaarosakese koosseisus peab olema korraga kõik kolm värvilaengut. Kuna punane , roheline ja sinine annavad kokku valge värvuse, öeldakse, et kõik elementaarosakesed on valged. 4.Nimeta antiosakesed
fundamentaalosakesed. Leptoneid esineb ka vabade osakestena, kvargid aga ei saa vabana eksisteerida. 5. Millistest kvarkidest koosneb neutron ja millistest prooton? Prooton koosneb kahest u-kvargist ja ühest d-kvargist( p=(uud)); neutron koosneb aga ühest u-kvargist ja kahest d-kvargist(n=(udd)) 6. Milline seaduspära kehtib universumis eksisteerivate kvarkide- antikvarkide arvu kohta? Kvarkide ja antikvarkide koguarv on jääv. 7. Miks võeti kasutusele suurus "värvilaeng"? Mikromaailmas kehtib Pauli keeluprintsiip mille kohaselt samas süsteemis ei tohi olla kahte täpselt samasugust elementaar osakest. Et eristada prootonis ja neutronis olevaid ühesuguseid kvarke võeti kasutusele uus omadus värvilaeng millevõrra kvargid teineteisest erinevad. 8. Selgita värvilaengu iseärasusi ja seost valgusega? Värvilaengu omadus võeti sarnaselt valgusega kus 3 põhivärvi liitmisel saame tagasi valge valguse ehk värvilaengu omaduse puudumise
Küsimused elementaarosakeste füüsika peale 1. Võrdle nelja vastastikmõju liiki. Tugevus, millele mõjub jne 40-42 2. Selgita, mille poolest erinevad elementaarosakesed ja fundamentaalosakesed? 3. Pane kirja, millise osakesed on mateeriaosakesed ja millised vaheosakesed. Mille poolest nad erinevad? 42 ja 46 4. Selgita, mis osakesed on kvargid, miks on kvarkidel värvilaeng ja mida see tähendab? Lk 43-44 5. Antiosakesed. Mis need on ja kuidas nad tekivad? 45 6. Milliseid osakesi kutsutakse virtuaalseteks? 46 7. Mis osakesed on gluuonid ja millist vastastikmõju nad põhjustavad? 8. Vaheosakesed kõik mis tead lk 46-47 9. Kosmilised kiired. Milliseid osakesi langeb Maale kosmosest? lk 48 10. Kirjelda, kuidas töötavad kiirendid. Milliseid osakesi ja kuidas kiirendatakse? Lk 48-51 11. Millistest osadest kiirendi koosneb? Lk 50-51 12
4. nõrk vastastikmõju-ilmneb kui toimub elementaarosakeste muundumine. · Elementaarosakesed-osakesed, millel ei ole sisemist struktuuri ja teda ei saa enam osakesteks jagada. Temast koosnevad kõik teised osakesed. Ühttüüpi elementaarosakesed on oma sisemiste omaduste poolest eristamatud. Neid iseloomustaavad suurused on (seisu)mass, (elektri)laeng, eluiga, spinn, veidrus, sarmikus, ilus, tõde, värv e, värvilaeng. Elementaarosakesi võib vaadata kui punkte, mida iseloomustavad kindlad arvud. · Elementaarosakeste nimetus võeti kasutusele 1930-tel. Selle mõistega tähistati osakesi, millest sai ehitada maailma. Sel ajal oli 4 elementaarosakest-neutron, prooton, elektron ja footon. Nüüd enam neutronid ja prootonid pole, aga on teisi juurde tulnud, näiteks (lained)laengud. Elementaarosakeste saamine ja tekkimine. Neid tekib: 1. radioktiivsel lagunemisel
· pr ja ne on elementaarosakesed kuid pole fundamentaalosakesed · fundamentaalosakesed jagatakse: o mateeriaosakesed aine ehituskivid; jagunevad kvarkideks ja leptoniteks o vaheosakesed e virtuaalsed osakesed · osalevad nõrgas ja tugevas vastasmõjus Kvargid · omavad elektrilaengut · osalevad tugevas ja nõrgas vastasmõjus · ei saa vabal kujul (üksikult) eksisteerida, sest peale elektrilaengu on ka värvilaeng. Looduse põhimõte: vabalt saavad eksisteerida osakesed, mille värvilaeng on valge. · kannavad tugeva vastasmõju laengut värvi · on punased, kollased või sinised neist saame moodustada valgeid osakesi · universumis on kvarkide arv jääv · prootonid, neutronid koosnevad kvarkidest, mis omakorda moodustavad tuuma Leptonid · osalevad vaid nõrgas vastasmõjus · eksisteerivad ka iseseisvalt · lepton elektron Antiosakesed
c charm 1/2 2/3 1500 0 1 0 0 1/3 s strang 1/2 -1/3 150 -1 0 0 0 1/3 e t top 1/2 2/3 180000 0 0 0 1 1/3 b bottom 1/2 -1/3 4300 0 0 -1 0 1/3 Kvarki kui gluuonvälja allikat iseloomustab ka spetsiifiline tugeva interaktsiooni laeng - värvilaeng. Värvilaeng on kvarke ja gluuoneid iseloomustav kvantarv.Kõik kvargid esinevad kolmel võrdväärsel kujul, vastavalt kolme eri laenguga – punane (P), kollane (K) ja sinine (S). Antikvarkide värvilaengud (nagu kõik teisedki laengud) on vastasmärgilised (antipunane , antikollane , antisinine ). Leptonid Leptonid on tugevale interaktsioonile mittealluvad elementaarosakesed. Leptonid on spinniga ½. Leptonid võivad olla elektrilaenguga või neutraalsed.
raskemate osakeste lagunemise kergemateks). 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). Värvilaeng on tugev laeng, tähistatakse P (punane), K (kollane), S (sinine), P (roheline), K (lilla), S (oranz). Kõik elementaarosakesed on valged, kõik kvargid värvilised. 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. Kvarkide arv miinus antikvarkide arv on jääv. Kui osakese moodustavad kaks kvarki, tekib värviline
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: 1) R nagu punane 2) G nagu roheline 3) 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
Näited universumi koos selline jõud koos; tuum koos Radioaktiivsed kiirgused Fundamentaalosake- algosake, mis ei koosne millestki. (lepton elektron, neutriino, kvark, vaheosakesed (nt footon) Iseloomustavad: kvantarvud (peakvantarv kihid/kõrvalkvantarv- alakihid s ja p.../magnetkvantarv- orienteeritud ruumis x,y,z/spinnkvantarv- spinn), mass, värvilaeng Elementaarosake- koosneb teistest osakestest nt kvantidest. Iseloomustavad- veidrus, sarm, ilu(omad.mis näitavad mingit sorti käitumist erinevates vastastikmõjudes) Mateeria osakesed- leptonid ja kvargid. Mateeria koosneb 1. põlvkonna osakestest (u ja d kvarkidest ja elektronidest) Leptonid- (elektron, eletronneutriino...) osalevad nõrgas vastastikmõjus ja elektromagnetjõus ja gravitatsioonil, aga ei osale tugevas vastastikmõjus. Olemas on
0,5 siiverti – tulevad näidustused 6 siiverti – surm 49. Iseloomusta ja nimeta mateeriaosakesi Elementaar- ehk mateeriaosakesed on osakesed, mis ise ilmselt ei koosne väiksematest osakestest. Mateeriaosakesed on näiteks: Leptonid, mis võivad üksikult esineda nt elektron. Kvargid, mis saavad eksisteerida 3 kaupa koos. Nad omavad väiksemat laengut kui elementaarlaeng. Kvarkidest koosnevad prootonid ja neutronid. 50. Mis on värvilaeng? Värvilaeng on tugeva vastastikmõju laeng, mida on kolme erinevat liiki nagu ka põhivärvusi. 51. Mis on antiosake ja mida tähendab annihileerumine? Antiosake on samade omadustega nagu talle vastav põhiosake, ainult vastandmärgiga / vastandlaenguga. Annihileerumine on nähtus, kus antiosake ja talle vastav osake kohtuvad, mille tulemusena mõlemad kaovad ja järgi jääb puhas energia. 52. Mis on vaheosake ja nimeta –iseloomusta
Kahjustuvad eelkõige koed. 0,5 siiverti tulevad näidustused 6 siiverti surm 49. Iseloomusta ja nimeta mateeriaosakesi Elementaar- ehk mateeriaosakesed on osakesed, mis ise ilmselt ei koosne väiksematest osakestest. Mateeriaosakesed on näiteks: Leptonid, mis võivad üksikult esineda nt elektron. Kvargid, mis saavad eksisteerida 3 kaupa koos. Nad omavad väiksemat laengut kui elementaarlaeng. Kvarkidest koosnevad prootonid ja neutronid. 50. Mis on värvilaeng? Värvilaeng on tugeva vastastikmõju laeng, mida on kolme erinevat liiki nagu ka põhivärvusi. 51. Mis on antiosake ja mida tähendab annihileerumine? Antiosake on samade omadustega nagu talle vastav põhiosake, ainult vastandmärgiga / vastandlaenguga. Annihileerumine on nähtus, kus antiosake ja talle vastav osake kohtuvad, mille tulemusena mõlemad kaovad ja järgi jääb puhas energia. 52. Mis on vaheosake ja nimeta iseloomusta
ammendamatu energiaallika. Kuid sellist temperatuuri on saavutatud ainult hetkeks ( raske on saavutada) Kvark- Koosneb prootonitest ja neutronitest. Kvarkidel on omad laengud (erinevad) ja ta on ka üks elementaarosake ( EHK vastastikmõjuga osake). Igale kvargile antakse üks põhivärv ja kui need kolm põhivärviga valgust kokku suunatakse, siis saadakse valge valgus. ( Prooton ja neutron koosnevad 3 kvargist) Lepton- Tema hulka kuulub elektron. Pole vastastikmõjuga osake. Värvilaeng- Tugeva vastastikmõju laeng. Seal on kolm põhivärvust ( sinine, punane, roheline) Kõik elementaarosakesed on valged! Vaheosake- Osake, mis vahendab vastastikmõju. Kõige tuntum vaheosake on footon ta ei oma seisumassi, eksisteerib ainult liikudes. Footon tuleb mängu energia kandumisel. On veel vaheosakesi, nt mesonid ja gluuonid. Kriitiline mass- Olukord/ aine kogus, mille korral ahelreaktsioon hakkab iseeneslikult toimuma. Looduses sellises koguses ainet pole
eksisteerida. Nad on alati kolmekaupa ühinenud. Kvarkide arv universumis on jääv. See tähendab, et nad ei teki ega kao. Nad vaid muutuvad üksteiseks nõrga vastastikmõju toimel. Raskemad kvargid muutuvad iseeneslikult kergemateks, s.o. u- ja d- kvarkideks nii, et eraldub, lepton ja vastav antineutriino. (Ainsaar, Ain ; ,,Füüsika XII klassile" , Tallinna Raamatutrükikoda, 1996) Värv tugeva vastastikmõju laeng Värvilaeng on kvarke ja gluuoneid iseloomustav kvantarv, mis on mõneti sarnane elektrilaenguga. Värvilaengut omavad osakesed mõjutavad teineteist läbi tugeva vastasmõju. See on kõige tugevam jõud looduses ning hoiab kvarke koos liitosakestes (hadronites). Värvilaengut, selle omadusi ning tugevat vastasmõju kirjeldab füüsikateooria kvantkromodünaamika. Värvus on kvargi omadus, millel pole absoluutselt mitte midagi pistmist silmaga nähtava värvusega
on teiste vastastikmõjudega võrreldes väike. 2) elektromagnetiline vastastikmõju – mõjutab kõiki osakesi, millel on elektrilaeng. Tema mõju suurus ehk ulatus on kaugele ning selle tugevus on gravitatsioonist suurem. 3) nõrk vastastikmõju – mõjutab kõiki elementaarosakesi. Tena mõjuulatus on väga väike (aatomisisemus) ja tugevus on elektromagnetilisest ja tugevast vastastikmõjust väiksem. 4) tugev vastastikmõju – mõjutab kõiki osakesi, millel on värvilaeng (kvargid, gluuon). Mõjuulatus on väga väike (aatomi sisemus), kuid tugevus on ülisuur. Vastastikmõjud võivad olla väga erineva tugevusega. Selleks, et vastastikmõju tugevusi saaks omavahel võrrelda, on kasutusele võetud füüsikaline suuruks, mida kutsutakse jõuks. Jõud füüsikaline suurus, mis väljendab ühe keha mõju teisele kehale, kutsudes esile teisel kehal kiirenduse. Jõud on vastastikumõju mõõt ning tema arvväärtus näitab selle tugevust
Kvargid Kvargid on fundamentaalsed nullist erineva massiga osakesed, mis seniste katsete andmetel on sisemise struktuurita ja punktikujulised. Kvarkide arv universumis on jääv. See tähendab, et nad ei teki ega kao,vaid muutuvad üksteiseks nõrga vastastikmõju toimel. Kvargid omavad värvilaengut ning osalevad seetõttu tugevas vastastikmõjus. Tulenevalt tugeva vastasmõju eripärast ei saa kvargid eksisteerida üksinda, vaid peavad moodustama liitosakese, mille värvilaeng on neutraalne. Selliseid liitosakesi nimetatakse hadroniteks. Et värvilaenguid on kolm (punane, sinine ja roheline) ja igale värvilaengule vastab antivärvilaeng , siis moodustavad neutraalse liitosakese kas kolm erineva värvilaenguga kvarki või värvilaengu ja selle antivärvilaenguga kvargid. Tulenevalt sellest on hadroneid on kahte tüüpi: barüonid, mis koosnevad kolmest kvargist (või kolmest antikvargist) ja mesonid, mis koosnevad kvargist ja antikvargist.
Viimane on tugev vastastikmõju, mis hoiab kvarke koos ja nõrk vastastikmõju, mis on tuhandeid kordi nõrgem kui elektromagnetilised jõud, kuid palju tugevamad kui gravitatsioonijõud. 32. Mis on leptonid ja kvargid? Leptonid on nõrga vastastikmõju osakesed. Kvargid on nõrga ja tugeva vastastikmõju osakesed. 33. Millest koosnevad prooton ja neutron? Prootonid ja neutronid koosnevad kolmest kvargist. 34. Mis on värvilaeng? Värvilaeng on tugeva vastastikmõju laeng, mis jaotub põhiliselt kolmeks: punane, sinine ja roheline. 35. Kirjelda antiosakesi. Mis on mesonid? Antiosakesed on elementaarosakeste vastasosakesed, mille elektrilaeng ja teised kvantarvud on vastupidise märgiga. Antiosakese seisumass on osakese massiga võrdne. Antiosakeste omadused ja käitumine on analoogilised vastava osakesega. Mesonid on kõik eriti kiiresti lagunevad kvargid, mis on seotud omaenda antikvargiga. 36
mõjudes. Elektrilaengut ( 1e) omavad leptonid (elektron, müoon ja tauon) ei osale tugevas mõjus. 27 Elektrilaenguta leptonid (elektron-, müü- ja tauneutriino) osalevad vaid nõrgas ja gravitatsioonilises mõjus. Leptonite seisumassid on oluliselt väiksemad kvarkide omadest (lepton kr.k. väike münt). Kvarkidest koosnevad osakesed on alati valged. See tähendab, et nende värvilaeng on tasakaalus. Erinevad värvilaengud tõmbuvad (nii nagu ka erimärgilised elektrilaengud). Stabiilne seisund võib tekkida kahel viisil: 1)Värvus esineb koos antivärvusega. Nii tekkivaid liitosakesi nimetatakse mesoniteks; 2)Esineb segu kolmest värvusest või siis kolmest antivärvusest. Nii tekivad vastavalt kas siis barüonid või anti- barüonid. Ka meie tavalise aine osakesed prooton ja neutron on barüonid. Osakese ja antiosakese kohtumisel nad reeglina kaovad
mõjudes. Elektrilaengut ( 1e) omavad leptonid (elektron, müoon ja tauon) ei osale tugevas mõjus. Elektrilaenguta leptonid (elektron-, müü- ja tauneutriino) osalevad vaid nõrgas ja gravitatsioonilises mõjus. Leptonite seisumassid on oluliselt väiksemad kvarkide omadest (lepton kr.k. väike münt). Kvarkidest koosnevad osakesed on alati valged. See tähendab, et nende värvilaeng on tasakaalus. Erinevad värvilaengud tõmbuvad (nii nagu ka erimärgilised elektrilaengud). Stabiilne seisund võib tekkida kahel viisil: 1)värvus esineb koos antivärvusega. Nii tekkivaid liitosakesi nimetatakse mesoniteks; 2)esineb segu kolmest värvusest või siis kolmest antivärvusest. Nii tekivad vastavalt kas siis barüonid või anti- barüonid. Ka meie tavalise aine osakesed prooton ja neutron on barüonid.
mõjudes. Elektrilaengut ( 1e) omavad leptonid (elektron, müoon ja tauon) ei osale tugevas mõjus. Elektrilaenguta leptonid (elektron-, müü- ja tauneutriino) osalevad vaid nõrgas ja gravitatsioonilises mõjus. Leptonite seisumassid on oluliselt väiksemad kvarkide omadest (lepton kr.k. väike münt). Kvarkidest koosnevad osakesed on alati valged. See tähendab, et nende värvilaeng on tasakaalus. Erinevad värvilaengud tõmbuvad (nii nagu ka erimärgilised elektrilaengud). Stabiilne seisund võib tekkida kahel viisil: 1)värvus esineb koos antivärvusega. Nii tekkivaid liitosakesi nimetatakse mesoniteks; 2)esineb segu kolmest värvusest või siis kolmest antivärvusest. Nii tekivad vastavalt kas siis barüonid või anti- barüonid. Ka meie tavalise aine osakesed prooton ja neutron on barüonid.
annaabi.ee 
