Fizyka LO Turek
Start
Nauczyciele
Nauczanie
Konkursy
Ciekawostki
Aktualno軼i
Astronomia
Struktura materii
Do鈍iadczenia domowe
Testy z fizyki
Spis tre軼i i wyszukiwarka
Hosted by:
W kr璕u fizyki LO Turek

Elementarne no郾iki oddzia造wa (bozony)

Znamy cztery rodzaje oddzia造wania elementarnego mi璠zy cz御tkami: grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne i s豉be. Cz御tki przenosz帷e oddzia造wania s bozonami czyli maj spin ca趾owity i nie podlegaj zakazowi Pauliego.

Oddzia造wanie grawitacyjne
odzia造wanie grawitacyjne
Wyst瘼uje mi璠zy ka盥ymi cia豉mi posiadaj帷ymi mas. W fizyce klasycznej pisywane jest prawem powszechnego ci捫enia podanym przez Newtona. Nie stwierdzono odpychania grawitacyjnego. Jest to najs豉bsze znane oddzia造wanie. Przy oddzia造waniu mi璠zy dwoma protonami si豉 grawitacyjna jest oko這 1036 razy mniejsza od si造 elektrostatycznej. Ma ona znaczenie przy oddzia造waniu cia o bardzo du篡ch masach. Przy oddzia造waniach cz御tek elementarnych je pomijamy.
We wsp馧czesnej fizyce grawitacj opisuje og鏊na teoria wzgl璠no軼i. Oddzia造wanie grawitacyjne jest w niej skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez r騜ne formy materii.
Przypuszcza si, 瞠 oddzia造wanie grawitacyjne, przenoszone jest za pomoc kwantu pola grawitacyjnego zwanego grawitonem. Do tej pory grawitonu nie zaobserwowano i nie wiemy czy istnieje. Oddzia造wania tego nie opisuje Model Standardowy.
Istnienie grawitonu wynika z opisu oddzia造wa grawitacyjnych w bardzo ma造ch skalach przestrzennych. Takie teorie nosz nazw kwantowej teorii grawitacji. Nie stworzono jeszcze zadowalaj帷ej kwantowej grawitacji. Obiecuj帷ym przyk豉dem kwantowej grawitacji jest teoria superstrun.
oddzia造wanie elektromagnetyczne

Oddzia造wanie elektromagnetyczne

Odpowiada ono za si造 dzia豉j帷e mi璠zy na豉dowanymi cz御tkami - 豉dunkami dodatnimi i ujemnymi. Jednoimienne si odpychaj, r騜noimienne przyci庵aj. Oddzia造wanie to odpowiedzialne jest za si造 kontroluj帷e struktur atomow, reakcje chemiczne i wszystkie zjawiska elektromagnetyczne. Niegdy si造 magnetyczne i elektromagnetyczne traktowano oddzielnie. Dopiero w XIX wieku Maxwell zdo豉 zebra osobne do tej pory prawa w jeden zgrabny uk豉d r闚na elektromagnetycznych. Okaza這 si, 瞠 zar闚no elektryczno嗆 jak i magnetyzm to r騜ne przejawy tej samej si造. Oddzia造wanie elektromagnetyczne przenosi foton czyli kwant promieniowania elektromagnetycznego. Cz御tka ta nie posiada 馧adunku elektrycznego. Jest to cz御tka poruszaj帷a si z pr璠ko軼i 鈍iat豉, maj帷a mas spoczynkow r闚n zero. Foton zgodnie z mechanik kwantow mo積a traktowa jako porcj energii. Energia fotonu zale篡 od cz瘰totliwo軼i fali elektromagnetycznej. Im wieksza cz瘰totliwo嗆 tym wi瘯sza jest energia fotonu, a poniewa cz瘰totliwo嗆 jest odwrotnie proporcjonalna do d逝go軼i fali to kwanty o d逝窺zej fali maj mniejs energi.
oddzia造wanie silne
Oddzia造wanie silne

Jest oko這 100 razy silniejsze od oddzia造wania elektromagnetycznego st康 jego nazwa. Dzia豉 tylko na niewielkie odleg這軼i rz璠u 10-15m dzia豉 mi璠zy kwarkami. Cz御tki przenosz帷e oddzia造wanie silne nazywamy gluonami (ang. glue - klej). Gluony nie posiadaj 豉dunku elektrycznego.
Kwarki i gluony posiadaj za to 豉dunek kolorowy zwany kr鏒ko kolorem. S trzy rodzaje koloru: czerwony, zielony i niebieski oraz odpowiednie antykolorowe 豉dunki. dwa lub wi璚ej kwark闚 umieszczonych blisko siebie wymienia gluony tworz帷 bardzo silne "pole kolorowe" 陰cz帷e kwarki. Kwarki ci庵le zmieniaj sw鎩 kolor podczas wymiany gluon闚 z innymi kwarkami. Ka盥y kwark ma jeden z trzech kolorowych 豉dunk闚 i ka盥y antykwark ma jeden z trzech antykolorowych 豉dunk闚. Gluony przenosz pary 豉dunk闚 kolor/antykolor (niekoniecznie tego samego rodzaju). Mamy 9 kombinacji par kolor/antykolor, ale jedna z nich jest wyeliminowana ze wzgl璠u na symetri. Istnieje wi璚 osiem cz御tki przenosz帷e oddzia造wania rodzaj闚 gluon闚. Gluony s bezmasowe, czyli ich masa spoczynkowa jest r闚na zero. Zasi璕 dzia豉nia tych cz御tek wynosi zaledwie 10-18 m.
Pozostaje pytanie, co trzyma nukleony razem je郵i silne oddzia造wanie 陰czy jedynie kwarki? Protony i neutrony jak wszystkie hadrony, s obiektami kolorowo oboj皻nymi. Nale篡 jednak pami皻a, 瞠 hadrony, sk豉daj si z kolorowo na豉dowanych kwark闚 i antykwark闚. Kwarki jednego protonu mog si "skleja" z kwarkami innego protonu, nawet gdy proton pozostaje kolorowo oboj皻ny. Nazywamy to szcz徠kowym oddzia造waniem silnym lub w j瞛yku potocznym si豉mi j康rowymi. Resztkowe oddzia造wanie silne, czyli si造 j康rowe odpowiedzialne s wi璚 za si喚 dzia豉j帷 mi璠zy nukleonami, kt鏎a powoduje ogromn trwa這嗆 j康ra atomowego.
oddzia造wanie s豉be Oddzia造wania silne opisuje kwantowa chromodynamika QCD (Quantum Chromodynamics), b璠帷a kwantow teori pola. Pr鏏y rozwi您ania r闚na chromodynamiki kwantowej napotykaj wci捫 na pi皻rz帷e si trudno軼i.

Oddzia造wanie s豉be

S one oko這 1010 s豉bsze od oddzia. elektromagnetycznego i dzia豉j na bardzo ma貫 odleg這軼i rz璠u 10-18m. W oddzia造waniach s豉bych uczestnicz wszystkie cz御tki z wyj徠kiem fotonu (i ewentualnie je郵i istnieje grawitonu). Kiedy kwark lub lepton zmienia rodzaj (przemienia si w inny) m闚imy o zmianie zapachu. Wszystkie zmiany zapachu powoduj oddzia造wania s豉be. Oddzia造wanie s豉be wyst瘼uje wi璚 mi璠zy leptonami i odpowiedzialne jest za rozpad hadron闚. Oddzia造wanie to jest zbyt s豉be, by po陰czy leptony w wi瘯sze cz御tki, tak jak oddzia造wania silne 陰cz w hadronach kwarki. Cz御tkami przenosz帷ymi oddzia造wania s豉be s bozony po鈔ednicz帷e: W+, W- i Z. Bozony W maj 豉dunek elektryczny (W+ dodatni +1, natomiast W- ujemny -1), za bozon Z jest oboj皻ny. Co ciekawe wszystkie trzy bozony maj mas spoczynkow r闚n kilkudziesi璚iu masom protonu czyli ponad 150 tysi璚y razy wi瘯sz ni masa elktronu. Zasi璕 dzia豉nia tych cz御tek wynosi zaledwie 10-18 m.
cz御tka Higgsa
Schemat zderzenia dw鏂h proton闚, w wyniku czego powsta bozon Higgsa, kt鏎y natychmiast uleg rozpadowi
W latach pi耩dziesi徠ych naszego wieku Sheldon Glasgow, Abdus Salam i Steven Weinberg wymy郵ili schemat, w kt鏎ym uda這 si po陰czy elektromagnetyzm ze s豉bymi si豉mi j康rowymi. Dzi ta zunifikowana teoria nosi nazw oddzia造wania elektros豉bego (QED).

Pole Higgsa

Aby obja郾i dlaczego cz御tki posiadaj mas Model Standardowy zak豉da istnienie pewnego kwantowego pola zwanego polem Higgsa, kt鏎ego kwantem jest bozon Higgsa H, zwany czasami bosk cz御tk, lub najcz窷ciej cz御tk Higgsa. Pole to powinno przenika ca造 Wszech鈍iat. Wed逝g mechaniki kwantowej w stanie o najni窺zej mo磧iwej energii, czyli tak zwanej pr騜ni fizycznej, pole to jest niezerowe. Zatem stan pr騜ni nie odpowiada pustej przestrzeni, ale przestrzeni wype軟ionej szczeg鏊n konfiguracj pola Higgsa. Masy wszystkich cz御tek bior si z oddzia造wa z polem Higgsa. Inaczej elektrony, kwarki i neutrina by造by niewa磬ie jak kwanty promieniowania elektromagnetycznego czyli fotony. Aby lepiej sobie wyobrazi pole Higgsa por闚nuje si do g瘰tego syropu, kt鏎y wskutek obni瞠nia si temperatury Wszech鈍iata skropli si w ca貫j obj皻o軼i niczym poranna mg豉. Od tego czasu cz御tki zacz窸y grz瞛n望, ale nie wszystkie jednakowo. Pewnym cz御tkom syrop stawia wi瘯szy op鏎, innym mniejszy, a fotony w og鏊e go nie zauwa瘸j. Obecna masa cz御tek jest w豉郾ie miar tego oporu.
Cz御tka Higgsa ma bardzo du膨 mas, oko這 130 razy wi瘯sz od masy protonu i dlatego bardzo trudno j zaobserwowa lub otrzyma. Zasi璕 dzia豉nia tych cz御tek jest bardzo ma造. Bozon Higgsa jest cz御tk nietrwa陰 i o jego istnieniu mo瞠my przekona si tylko badaj帷 mo磧iwe produkty rozpadu. Rysunek obok pokazuje powstanie cz御tki Higgsa w wyniku zderzenia dw鏂h proton闚. Cz御tka ta natychmiast si rozpadak, przyk豉dowo na dwa bozony po鈔ednicz帷e Z, a te rozpadaj si na mion i antymion.
Naukowcy od 2008 roku pr鏏owali otrzyma bozon Higssa w akceleratorze LHC w o鈔odku badawczym Europejskiej Organizacji Bada J康rowych (CERN) pod Genew zderzaj帷 ze sob przeciwbie積e wi捫ki proton闚. W 2012 roku og這szono wyniki obserwacji, kt鏎e prawie na pewno zawieraj informacje o pojawieniu si cz御tki Higgsa.