Big Bang

1. Big Bang teraz

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

3. Leptony • Elektron - przykład leptonu – cząstki, która ma rozmiary punktowe • Neutrinasą 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)

4. Typy Leptonów

5. Kwarki Współczesny obraz atomu • Protonyi neutronysą zbudowane z mniejszych cząstek • Są to “kwarki”, (Murray Gellman - James Joyce “three quarks for Muster Mark” • Każdy kwark ma swój anty-kwark

6. Rozmiary atomowe • Atomy 10-10 m • Jądra 10-14 m • Protony 10-15 m • Elektronyi kwarki 1000 razy mniejsze od protonu

7. Typy kwarków • Kwarki występują w 3 generacjach • Materiajest zbudowana z 2 najlżejszych kwarków

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

9. Kwarki proton mezon • Cząstki zbudowane z kwarków to hadrony • 3 kwarkitworząbariony (np. protonyi neutrony) • kwarki antykwark mogą tworzyćmezon (piony and kaony) • Ładunki kwarków dodają się tak, że wypadkowy ładunek hadronów jest całkowity.

10. Ładunek elektryczny

11. Kwarkisą 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.

12. 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

13. Wymiana gluonu • Kwarki w jądrze wymieniają gluony

14. 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

15. 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.

16. 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.

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

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

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

20. proton U d + +

21. Anihilacja elektronu

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

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

25. 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.

26. 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)

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

29. Oddziaływania

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

31. 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 ( zakazPauliego) • Bozony

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

34. 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.