Částicová fyzika Zrod částicové fyziky Přelom 18. a 19. století Joseph J. Thompson 1856 - 1940 Ernest Rutherford 1871 - 1937 Zrod částicové fyziky Přelom 18. a 19. století 1897 – objev elektronu 1911 – objev atomového jádra

Částicová fyzika Joseph J. Thompson 1856 - 1940 Katodové paprsky

Částicová fyzika Návrh (1920) : Ernest Rutherford 1871 - 1937 Návrh (1920) : Existují protony a neutrony. Neutrony jsou masivní neutrální částice – to plyne z toho, že existují různé izotopy stejných prvků. Rozptýlené α částice Proud α částic Scintilátor Tenká zlatá fólie

Částicová fyzika Niels Bohr 1885 - 1962 1914 – Bohrův model atomu Destruktivní interference na kruhovém orbitu Stojatá vlna na kruhovém orbitu 1914 – Bohrův model atomu

Toto záření bylo původně považováno za Částicová fyzika James Chadwick (1891-1974) Toto záření bylo původně považováno za gamma (stejně pronikavé, neutrální), nicméně se našly rozdílné vlastnosti – například nevybíjelo elektroskopy (absence fotoefektu). 1920 – předpověď existence neutronu 1932 – objev neutronu (Chadwick)

E = h.f Ee = W + h.f Částicová fyzika Max Planck Albert Einstein Ee = W + h.f 1900 – záření absolutně černého tělesa 1905 – fotoelektrický jev

Částicová fyzika α Arthur Holly Compton (1892 –1962) 1923 – Comptonův jev (definitivní potvrzení existence fotonu)

Ve třicátých letech byla představa o hmotě jednoduchá a přehledná. Částicová fyzika Ve třicátých letech byla představa o hmotě jednoduchá a přehledná. Proton Neutron Hmota Zásadní otázka: Co vlastně drží pohromadě atomová jádra? Elektron Záření Foton Gravitace Elektromagnetická interakce Interakce ???

Částicová fyzika Musí existovat síla, která drží pohromadě jádra. Má následující vlastnosti: Silnější než elektromagnetická Má krátký dosah Působí stejně na protony i neutrony Dosah síly Protony Neutrony

Částicová fyzika Silná interakce krátký dosah na rozdíl od nekonečného dosahu gravitace a elmg. interakce Dosah síly je jako dosah ruky boxera – po určité vzdálenosti její vliv prudce klesá k nule Síla mezi nukleony je dozajista projevem nějakého pole, obdobně jako elektrostatické přitahování a odpuzování je projevem elektromagnetického pole. Existuje-li ovšem foton jako kvantum elektromagnetického pole, jaká kvanta tvoří pole silné interakce?

1934 – Yukawova teorie mezonu Částicová fyzika 1934 – Yukawova teorie mezonu Proton Neutron Jaderná interakce Mezon Elektron Yukawa spočítal, že klidová hmotnost mezonu má být cca 153 MeV (300x hmotnost elektronu). To, že kvantum má nenulovou klidovou hmotnost souvisí s konečným dosahem silné interakce. Pozn.: název „mezon“ znamená „středně hmotný“ Foton Elektromagnetická interakce

Částicová fyzika π 1937 – objev nových částic v kosmickém záření. Jsou však lehčí, než předpovídal Yukawa. 1946 – ukazuje se, že nové částice jsou ve skutečnosti dvě: μ a π μ

Yukawou předpovězená částice Částicová fyzika Yukawou předpovězená částice Proton Neutron Mezon π (pion) Muon (μ) Elektron Foton

Částicová fyzika Diracovo moře Paul Dirac 1923 – P. Dirac předpovídá existenci antičástic Základní rovnice vzešlá ze spojení kvantové mechaniky a speciální teorie relativity má vždy dvě řešení – pro částici s kladnou a se zápornou energií. Diracovo moře Kladná energie E = 0 Záporná energie Všechny stavy se zápornou energií musí být zaplněny – Pauliho vylučovací princip pak zbrání, aby obyčejné elektrony do těchto stavů napadaly.

Objevitelský snímek pozitronu. Částicová fyzika Carl David Anderson (1905-1991) 1932 – objev pozitronu (antičástice elektronu) B Objevitelský snímek pozitronu. Pozitron s vysokou energií vniká do mlžné komory v místě A. Po průchodu 6 mm tlustým olověným plátem ztrácí část své energie. Ze zakřivení trajektorie v magnetickém poli je možné určit náboj i hmotnost částice. A

Částicová fyzika Myšlenka Diracova moře byla rychle opuštěna. Místo toho bylo zjištěno, že druhé řešení relativistické kvantové rovnice náleží jiné částici s kladnou energií, ale opačnými kvantovými vlastnostmi. Každá částice má příslušnou antičástici. Proton Antiproton Neutron Antineutron Elektron Pozitron Foton = Antifoton

Poválečná představa o elementárních částicích Částicová fyzika Poválečná představa o elementárních částicích Proton Antiproton Neutron Antineutron Elektron Pozitron π + π - μ + μ - Foton Anihilace :