Big Bang teraz

Atomy protony, neutrony i elektrony 99.999999999999% atomu jest pusta Elektrony są tam, gdzie prawdopodobieństwo ich znalezienia jest największe W jadrach sa protony i neutrony jądro mp = 1836 me

Leptony Elektron - przykład leptonu – cząstki, która ma rozmiary punktowe Neutrina są też leptonami Istnieją 3 generacje leptonów, każdy ma cząstkę obdarzoną masą i bezmasowe(?) neutrino Każdy lepton ma anty-lepton (np.elektron i pozyton) Cięższe leptony ulegaja rozpadowi na lżejsze leptony plus plus neutrina (liczba leptonowa musi być zachowana)

Typy Leptonów Lepton Ładunek Masa (GeV/c2) Elektronowe neutrino Elektron -1 0.000511 Muonowe neutrino Muon 0.106 Tau neutrino Tau 175

Współczesny obraz atomu Kwarki Protony i neutrony są zbudowane z mniejszych cząstek Są to “kwarki”, (Murray Gellman - James Joyce “three quarks for Muster Mark” Każdy kwark ma swój anty-kwark Współczesny obraz atomu

Rozmiary atomowe Atomy 10-10 m Jądra 10-14 m Protony 10-15 m Elektrony i kwarki 1000 razy mniejsze od protonu

Typy kwarków Zapach Ładunek Masa (GeV/c2) Up 2/3 0.003 Down -1/3 0.006 Charm 1.3 Strange 0.1 Top 175 Bottom 4.3 Kwarki występują w 3 generacjach Materia jest zbudowana z 2 najlżejszych kwarków

Świat jest zbudowany z kwarków i leptonów… Kwarki Up, down, charm, strange, top and bottom Świat jest zbudowany z kwarków i leptonów…

Kwarki Cząstki zbudowane z kwarków to hadrony proton Cząstki zbudowane z kwarków to hadrony 3 kwarki tworzą bariony (np. protony i neutrony) kwark i antykwark mogą tworzyć mezon (piony and kaony) mezon Ładunki kwarków dodają się tak, że wypadkowy ładunek hadronów jest całkowity.

Ładunek elektryczny

Górny - dolny (up/down), Kwarki są jednym z rodzajów cząstek materii. Większość materii, która nas otacza, jest zbudowana z protonów i neutronów, które z kolei składają się właśnie z kwarków. Mamy sześć kwarków, pogrupowanych w trzy pary : Górny - dolny (up/down), Powabny - dziwny (charm/strange) prawdziwy - piękny (truth/beauty). - jednak obecnie w języku angielskim używa się innych nazw: top/bottom. Kwarki mają niezwykłą własność - ich ładunek elektryczny jest ułamkowy, w przeciwieństwie do protonu i elektronu, mających odpowiednie ładunki +1 i -1. Najtrudniej uchwytny kwark, prawdziwy, został odkryty w roku 1995.

Ładunki kolorowe Każdy kwark ma ładunek kolorowy a antykwark – ładunek antykolorowy Czastki zbudowane z kwarków nie mają ładunku kolorowego (R+B+G lub kolor + anty-kolor

Wymiana gluonu Kwarki w jądrze wymieniają gluony

Kwarki oprócz ładunku elektrycznego posiadają jeszcze inny rodzaj ładunku, zwany ładunkiem kolorowym. Siły pomiędzy cząstkami naładowanymi kolorowo są bardzo silne, stąd też wywodzi się nazwa przyjęta dla tego oddziaływania: Oddziaływanie silne Oddziaływanie silne zespala kwarki, które tworzą hadrony. Cząstki nośnika siły nazwano gluonem ponieważ pełni on rolę bardzo mocnego kleju zespalającego kwarki("glue" w języku angielskim oznacza klej). Istnieje 8 gluonów

Oddziaływanie silne pomiędzy kwarkami w jednym protonie i kwarkami w innym protonie jądra jest wystarczająco duże, by przezwyciężyć odpychającą siłę elektromagnetyczną pomiędzy tymi protonami. Efekt ten nazwano resztkowym oddziaływaniem silnym, i jest to właśnie to, co "skleja" (glue - ang. sklejać) jądro atomowe.

Jak działa ładunek kolorowy? Ładunek kolorowy zachowuje się inaczej niż ładunek elektromagnetyczny. Gluony posiadają ładunek kolorowy, co jest dość dziwne, gdyż fotony (nośniki siły ektromagnetycznej) nie mają ładunku elektromagnetycznego. Podczas gdy kwarki mają ładunek kolorowy, to całkowity ładunek kolorowy cząstek złożonych z kwarków wynosi zero (są one kolorowo obojętne). Z tego powodu oddziaływanie silnie występuje tylko na bardzo małych odległościach pomiędzy kwarkami i dlatego w życiu codziennym siły tej w ogóle nie widzimy.

Kwark emituje gluon Ładunek kolorowy jest zachowany Gdy czerwony kwark emituje czerwony/anty-niebieski gluon staje się kwarkiem niebieskim

Siły atomowe F = k q1 q2 r2 Elektrony są związane z jądrem siłą Coulomba (elektromagnetyczna) Protony w jądrze są utrzymywane dzięki oddziaływaniu silnemu Neutrony emitują cząstki beta zamieniają się w proton poprzez słabe oddziaływanie jądrowe. n = p + e + n

Oddziaływania słabe są odpowiedzialne za rozpad ciężkich kwarków i leptonów na lżejsze kwarki i leptony. Cząstki przenoszące oddziaływanie słabe to: bozony W+, W- i Z. Cząstki W są naładowane elektrycznie, podczas gdy cząstka Z jest elektrycznie obojętna.

proton d U + +

Anihilacja elektronu

Oddziaływania fundamentalne Oddz. grawitacyjne i elektromagnet. są dlugozasięgowe Silne i słabe oddz. są krótkozasięgowe (<10-14 m) Słabe oddz. jest ok. 10-8 razy słabsze od silnego

Nośniki oddziaływań g Foton jest nośnikiem oddziaływania elektromagnetycznego miedzy ładunkami. Gluon jest nośnikiem oddz. silnego między ładunkiem kolorowym kwarków

Nośniki oddziaływań Rozdzielenie dwóch powoduje powstanie następnych (energia pola kolorowego rośnie dopóki nie utworzą się 2 nowe kwarki) Nośnikami oddz. słabego są bozony W i Z ; cięższe kwarki i leptony ulegają rozpadowi na lżejsze wymieniając zapach.

Unifikacja oddziaływań Oddz. słabe i elektromagnet. – oddz. elektrosłabe. Mają podobne działanie na odległościach rzędu 10-18 m Oddz. słabe jest słabsze od oddz. em. na większych odległościach, bo bozony W i Z są cieżkie a fotony nie mają masy GUT ? (“Grand Unified Theories)

Grawitacja Nośnik – grawiton – narazie nie zaobserwowany TOE? (“Theory of Eveything”) -połaczenie OTW i 3 rodz. oddziaływań.

Oddziaływania

Spin Musi być zachowany podczas oddziaływań cząstek!! Spin połówkowy - “fermiony” Spin całkowity - “bozony” * Graviton ma spin 2

Liczby kwantowe Ładunek elektr. (ułamkowy dla kwarków, całkowity dla wszystkich pozost.) Spin (połówkowy lub całkowity) Ładunek kolorowy (wszystkie cząstki neutralne ) Zapach (rodzaj kwarka) Liczba leptonowa (elektron, muon lub tau) Fermiony ( zakaz Pauliego) Bozony

Model Standardowy 6 kwarków (i 6 anty) 6 leptonów (i 6 anty) 4 siły Nosniki oddz. (g, W+, W-, Zo, 8 gluonów, grawiton)

Unification of Fundamental Forces Electricity Magnetism Electromagnetism Light Electroweak Interaction Beta-decay Weak Interaction Neutrinos Standard Model Protons Neutrons Strong Interaction ? Pions, etc. Earth Gravity Universal Gravity General Relativity Celestial Mech. Spacetime Geom.