Standardní model elementárních částic a jejich interakcí

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Atomové jádro, elementární částice
Advertisements

VY_32_INOVACE_18 - JADRNÁ ENERGIE
Standardní model elementárních částic a jejich interakcí
Zpracováno dle: Dobrodružství částic Zpracováno dle:
Rozjímání nad základními parametry
Urychlovače na nebi a pod zemí, aneb Velký třesk za všechno může
Big Bang Jak to začalo s po velkém třesku – hadronová éra vesmír je vyplněn těžkými částicemi (protony a neutrony) hustota vesmíru je 1097.
“Chytří lovci stopují konečnou teorii hledáním známek symetrie
Model atomu.
Mění se vlastnosti částic uvnitř velmi hustého a horkého prostředí? aneb jak studujeme vlastnosti silné interakce 1. Úvod 2. Současný pohled na strukturu.
Fyzikální týden, FJFI ČVUT, Praha, 2009
Jaderná fyzika a stavba hmoty
Vesmír.
TILECAL Kalorimetr pro experiment ATLAS Určen k měření energie částic vzniklých při srážkách protonů na urychlovači LHC Budován ve velké mezinárodní spolupráci.
Stavba atomu.
Od osmeré cesty ke kvarkovému modelu a kvantové chromodynamice
Malá skála1 Několik poznámek k poruchové QCD  efektivním barevném náboji  asymptotické volnosti  konzistenci poruchové teorie  jetech a jejich.
I. ZÁKLADNÍ POJMY.
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Leptony, mezony a hyperony. Látky = atomy (elektrony, protony a neutrony)
Tento materiál byl vytvořen jako učební dokument projektu inovace výuky v rámci OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost VY_32_INOVACE_B3 – 09.
Chemicky čisté látky.
MODEL ATOMU Dostupné z Metodického portálu ISSN:  , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým.
LHC, nový stroj na částice
Elementární částice hanah.
Pojem účinného průřezu
: - prověření zachování C parity v elektromagnetických interakcích - prověření hypotézy, že anifermiony mají opačnou paritu než fermiony energetické hladiny.
Slabé interakce Zachovávají leptonová čísla, nezachovávají paritu, izotopický spin, podivnost, c, b, t Mají význam? Nyní standardní model elektromagnetických.
Anotace Prezentace, která se zabývá elektrickými vlastnostmi látek. Autor Mgr. Michal Gruber Jazyk Čeština Očekávaný výstup Žáci umí vysvětlit a popsat.
Stavba atomového jádra
Z čeho a jak je poskládán svět a jak to zkoumáme
U3V – Obdržálek – 2013 Základní představy fyziky.
Fyzika elementárních částic
Název a adresa školy: Střední odborné učiliště stavební, Opava, příspěvková organizace, Boženy Němcové 22/2309, Opava Název operačního programu:OP.
Výpisky z fyziky − 6. ročník
Standardní model částic
Urychlovače na nebi a pod zemí, aneb Velký třesk za všechno může
Interakce neutrin s hmotou Neutrina interagují pouze slabou interakcí Slabá interakce je zprostředkována výměnou intermediálních bosonů: Z 0 (neutrální.
Tento materiál byl vytvořen jako učební dokument projektu inovace výuky v rámci OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost VY_32_INOVACE_C3 – 17.
Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Číslo smlouvy: 4250/21/7.1.4/2011 Číslo klíčové aktivity: EU OPVK 1.4 III/2 Název klíčové aktivity: Inovace a zkvalitnění.
Částicová fyzika Zrod částicové fyziky Přelom 18. a 19. století
Tento materiál byl vytvořen jako učební dokument projektu inovace výuky v rámci OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost VY_32_INOVACE_D3 – 16.
Tajemství mikrosvěta České vysoké učení technické v Praze
Standardní model elementárních částic a jejich interakcí aneb Cihly a malta, ze kterých je postaven náš svět  CERN Jiří Rameš, Fyzikální ústav AV ČR,
Úvod do subatomové fyziky
Model atomu (Učebnice strana 45 – 47)
Zákonitosti mikrosvěta
Stavba látek.
Jaderné reakce (Učebnice strana 133 – 135) Jádra některých nuklidů jsou nestabilní a bez vnějšího zásahu se samovolně přeměňují za současného vysílání.
7 Jaderná a částicová fyzika
VAZEBNÁ ENERGIE A ENERGIE REAKCE. Pronikání do mikrosvěta molekuly se skládají z atomů atomy se skládají z jader a elektronů jádra se skládají z protonů.
Název školy: Základní škola Městec Králové Autor: Mgr.Jiří Macháček Název: VY_32_INOVACE_33_F8 Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Téma: Složení atomu,
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Název školyGymnázium, Soběslav, Dr. Edvarda Beneše 449/II Kód materiáluVY_32_INOVACE_41_11 Název materiáluAtomy s.
Model atomu.
Model atomu. Elektrování těles. Vypracoval: Lukáš Karlík
Výpisky z fyziky − 6. ročník
NÁZEV ŠKOLY: Základní škola Strančice, okres Praha-východ
NÁZEV ŠKOLY: Základní škola Strančice, okres Praha-východ
Interakce neutrin s hmotou
Elektron, neutron a proton elektrické vlastnosti částic
Stavba atomu.
Hmota Částice Interakce
Elektrické vlastnosti látek
Standardní model.
– Standardní model – Základních částic a interakcí
Několik poznámek k poruchové QCD
Kvarky. A co bude dál?? Přednáší Tadeáš Miler www-hep2.fzu.cz.
Standardní model Jiří Dolejší, Olga Kotrbová, Univerzita Karlova v Praze Současným představám o tom, z jakých nejelementárnějších kamínků je svět složen.
Název materiálu: VY_52_INOVACE_F7.Vl.43_Atom_a_molekula Datum:
Fyzika částic
Transkript prezentace:

Standardní model elementárních částic a jejich interakcí aneb Cihly a malta, ze kterých je postaven náš svět CERN Jiří Rameš, Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. Czech Teachers Programme, CERN, 3.-7. 3. 2008

Kdyby byl atom veliký jako fotbalové hřiště, bylo by jádro veliké zhruba míček na stolní tenis (a proton ještě desetkrát menší)

Každý atom tvoří atomové jádro a obal z elektronů Hmota se skládá z atomů Každý atom tvoří atomové jádro a obal z elektronů Jádro je složeno z protonů a neutronů Je to vše ?

Lákavá představa (která se ve 30. letech 20 Lákavá představa (která se ve 30. letech 20. století mohla zdát velmi blízko skutečnosti): z několika základních druhů částic (elektron, proton, neutron a nemnoho dalších) by se dal poskládat celý svět jádra všech chemických prvků chemické vlastnosti (tj. elektronový obal) jaderné vlastnosti a radioaktivita  ….  k tomu by bylo třeba umět popsat i síly mezi částicemi - ale i to vypadalo nadějně

elektromagnetická síla Základní síly: gravitace elektromagnetická síla V atomové fyzice odpovídá za vlastnosti elektronového obalu, určuje chemické vlastnosti Drží pohromadě protony a neutrony v jádru, překonává elektrické odpuzování stejně nabitých protonů silná jaderná síla slabá jaderná síla Může za radioaktivitu beta, kromě jiného za beta rozpad neutronu neutronproton+elektron+neutrino

Již ve 30. letech se však tento úhledný obraz světa začal hroutit. Způsobily to objevy nových částic, jež nezapadaly do výše naznačeného schématu (byly pozorovány při srážkových experimentech - s částicemi kosmického záření a s postupem času i na urychlovačích).

Postupně byl objeven těžší „sourozenec“ elektronu mion, řada částic nového typu zvaných mezony, a také několik těžších partnerů protonu a neutronu (těžké baryony neboli hyperony). Jednoduchý obraz světa přestával být jednoduchý. Bylo těžko představitelné, že základních „cihel“ světa je několik desítek druhů a stále přibývají. JE SVĚT TAKTO SLOŽITÝ?

NĚKTERÉ ČÁSTICE (JAKO PROTON ČI NEUTRON) NEJSOU „FUNDAMENTÁLNÍ“ Odpověď (a současný pohled na svět subjaderných částic): NĚKTERÉ ČÁSTICE (JAKO PROTON ČI NEUTRON) NEJSOU „FUNDAMENTÁLNÍ“ Existuje něco ještě „základnějšího“, a sice KVARKY

Základní částice hmoty jsou leptony kvarky Částice tvořící jádro (protony, neutrony) a jim podobné se skládají z několika málo typů kvarků. Nazývají se HADRONY

Jak na sebe částice vzájemně působí? Co drží kvarky pohromadě? Prví částečná odpověď: Základní „cihly“ hmoty jsou leptony a kvarky. Jak na sebe částice vzájemně působí? Co drží kvarky pohromadě?

Na částice působí síly Ve světě částic se síly popisují jako vzájemné působení částic hmoty s jinými částicemi interakce Vedle základních částic hmoty (jako elektrony, kvarky…) existují částice-nosiče síly

Jednoduchý proces: interakce elektronu s elektronem Pozor! Varování! Přirovnání k házení míčem nelze vůbec brát doslova vyměňují si foton

Interakční vrcholy (v tomto případě eeγ) Popsat sílu znamená v mikrosvětě popsat interakci částic hmoty s nosiči síly

S nosiči síly ovšem může interagovat více druhů částic hmoty (v daném případě elektrony, miony, kvarky…

Fundamentální částice hmoty 3 rodiny/generace každou generaci tvoří dvojice kvarků a dvojice leptonů kvarky se nevyskytují jako volné částice, skládají se z nich hadrony

Fundamentální částice hmoty leptony „necítí“ silnou sílu neutrina mají velmi malou hmotnost a 0 elektrický náboj kvarky mají el. náboje -1/3 nebo 2/3 náboje protonu Všechny fundamentální částice hmoty jsou jednoho typu (tzv. fermiony se spinem ½)

Fundamentální částice hmoty všechnu „běžnou“ hmotu okolo nás tvoří částice z první generace ke každé částici hmoty existuje antičástice První generace

elektromagnetická síla Základní síly: gravitace elektromagnetická síla V atomové fyzice odpovídá za vlastnosti elektronového obalu, určuje chemické vlastnosti Drží pohromadě protony a neutrony v jádru, překonává elektrické odpuzování stejně nabitých protonů silná jaderná síla slabá jaderná síla Může za radioaktivitu beta, kromě jiného za beta rozpad neutronu neutronproton+elektron+neutrino

elektromagnetická síla Základní síly: gravitace elektromagnetická síla nosič: foton náboj: elektromagnetický působí na všechny částice kromě neutrin kvantová elektrodynamika nosič: gluony náboj: barevný působí na kvarky kvantová chromodynamika silná jaderná síla slabá jaderná síla nosiče: částice W a Z náboj: slabý působí na všechny částice elektroslabá teorie Částice-nosiče těchto tří základních sil jsou též jedoho typu (bosony se spinem 1)

Popsat sílu znamená v mikrosvětě popsat interakci částic hmoty s nosiči síly

Rozpady částic rozpad mionu beta rozpad neutronu

Anihilace

Kvarky nepozorujeme jako volné! Vytváření nových částic ? Kvarky nepozorujeme jako volné!

q hadrony q hadronizace hadrony

Hadronové jety

Teoretický obraz s leptony a kvarky, fermiony se spinem 1/2, jako základními částicemi hmoty a silami zprostředkovanými nosiči - bosony se spinem1, jež jsou popsány elektroslabou teorií (fotony, částice W a Z) - elektromagnetické a slabé interakce kvantovou chromodynamikou (gluony) - silné interakce mezi kvarky dostal jméno STANDARDNÍ MODEL

Standardní model popisuje silné interakce mezi kvarky, v experimentech pozorujeme hadrony. Kvarky nemohou existovat jako samostatné částice. Vlastnosti kvantové chromo-dynamiky jsou takové, že kvarky tvoří pouze barevně neutrální („bílé“) kombinace - což jsou „běžné“ hadrony.

Ve prospěch kvarkového obrazu hadronů mluví model konstituentních kvarků, jenž umožňuje uspořádávat hadrony do skupin podle jejich vlastností a předpovídat další vlastnosti nebo dokonce částice (v jistém smyslu podobné přístupu Mendělejeva), ale i srážkové experimenty a dynamika

Fyzikové umějí na základě teorie spočítat předpovědi pro nejrůznější měřitelné veličiny a srovnat je s experimentem

Příkladem třídy takových veličin jsou rozpadové poměry určité částice na jednotlivé rozpadové kanály V rámci dnešního programu si vyzkoušíte měření rozpadových poměrů částice Z0 ze skutečných experimentálních dat

STANDARDNÍ MODEL pomocí malého počtu základních principů, základních stavebních prvků a základních parametrů popisuje svět nejmenších částic je až překvapivě úspěšný, přes 30 let odolává stále tvrdším experimentálním prověrkám abychom mohli odhalit nové částice a jevy, musíme umět dobře popsat ty běžné - „odrazový můstek“ pro novou fyziku

Standardní model a experimenty v CERN objev nového typu slabých procesů, které elektroslabá teorie předpověděla (zprostředkovaných částicí Z) (1973) objev nosičů slabých interakcí W a Z (1983) (Za tento objev získali C. Rubbia a S. Van der Meer v roce 1984 Nobelovu cenu) všestranná prověrka standardního modelu, přesné změření jeho parametrů v experimentech na urychlovači LEP (1989-2000)

LHC

Je STANDARDNÍ MODEL konečné řešení ? Těžko: základní problém: „malý počet“ základních principů a základních parametrů není dost malý odkud se berou hmotnosti částic? / Higgsova částice SM nemá co říci ke gravitaci

Teoretikové mají různé nápady a nabízejí různá řešení Jedině budoucí experimenty napoví, kterým směrem se dát Mohou pochopitelně přinést i něco, co fyzikové vůbec nečekají a co je totálně překvapí

Další otevřené problémy: proč jsou právě 3 generace otázky kolem hmotností neutrin proč není ve vesmíru stejně hmoty jako antihmoty temná hmota a energie ve vesmíru - až 95% hmoty a energie ve vesmíru je „něco jiného“ ……….

Na standardním modelu je patrně nejpozoruhodnější, že mnohonásobně překonal očekávání, která měli jeho tvůrci v době jeho vzniku. Standardní model ještě dlouho nebude patřit do „starého železa“ (nejspíš nikdy, jako třeba Newtonův gravitační zákon). Při hledání nové fyziky v příští generaci experimentů budou fyzikové tím úspěšnější, čím lépe budou rozumět pozadí - „obyčejným“ procesům popsaným SM. Jeho důkladná prověrka a přesné změření parametrů jsou důležité pro hledání nových jevů.