Štandardný model elementárnych častíc

Mikuláš Gintner

Katedra fyziky

Žilinská univerzita

Physics Masterclasses 2005

Už Starí Gréci ...

~10 cm

Po N-tom delení:

hmota má zrnitú štruktúru ...

atóm

~10-10m

atóm

elektrón (-1)

jadro (+)

10-10m

10-15m

jadro

protón (+1)

neutrón (0)

Ernest Rutherford

1911

protón

neutrón

u

u

d

u

d

d

u (up)

d (down)

typ kvarku

elektrický náboj

+2/3

-1/3

2/3 + 2/3 - 1/3 = 1

2/3 - 1/3 - 1/3 = 0

Prirodzená rádioaktivita ...

- v jadrách atómov dochádza k rozpadom

neutríno

- zmena identity jadier (premena prvkov)

Procesy v mikrosvete ...

- mení sa počet aj totožnosť častíc

- rozpady, zrážky

- elektrický náboj sa zachováva

Elementárne častice hmoty - sčítanie ľudu

1.generácia

2.generácia

3.generácia

elekt. náboj

hmotnosť

“obyčajná”

hmota

ranný vesmír,

kozmické žiarenie,

urýchľovače, reaktory

... + antičastice: rovnaká hmotnosť, opačný náboj

Sily!

Newtonovo jablko

gravitačná sila

atómy v jablku

elektróny okolo jadra

elektr(omagnet)ická sila

protóny, neutróny, kvarky

silná (jadrová) sila

rádioaktívny rozpad

slabá sila

Fundamentálne

10-42

10-2

10

10-13

∞

∞

10-15m

10-18m

Makrosvet

Mikrosvet

- klasický

- relativistický, kvantový

Sila

- zmena hybnosti

- zmena hybnosti

- zánik a vznik častíc

- zmena počtu a identity

(sila = interakcia)

hmotnosť

- zachováva sa

- nezachováva sa

- ∃ nulová hmotnosť

- jednoznačná

- pravdepodobnostná

predpoveď

Zákony zachovania v mikrosvete

Čo nie je zakázané,

je povolené.

ZZ energie

hmotnosť pred rozpadom ≥ ∑ hmotností po rozpade

ťažšiu časticu investovaním kinetickej energie

ZZ hybnosti

∑ hybností pred zrážkou/rozpadom = ∑ hybností po zrážke/rozpade

ZZ elektrického náboja

svet je z častíc

1. generácie

... a ďalšie ZZ

Nosiče síl: fotón

e-

e-

fotón = nosič elmag. sily

(elementárna č., m = 0, q = 0)

e- + e-  e- + e-

- fotón môže vyžiariť/pohltiť elektricky nabitá častica

- fotón môže vzniknúť pri zrážke el. nabitej častice a jej antičastice

- fotón sa môže premeniť na pár el. nabitej častice a jej antičastice

e-

e-

e-

e-



R.P.Feynman



e-

e+

-

+

Nosiče slabých interakcií

- všetky∗ častice hmoty

interagujú slabo

Z

e-

e+

-

+

e-

e+

W



e



e

-

e-



e



W

R.P.Feynman

Nosiče silných síl

- silné interakcie len

medzi kvarkami

8 gluónov

(elementárne č., m = 0, q = 0)

- 3 druhy silných nábojov (r, b, g)

- každý kvark jeden silný náboj

- každý gluón dva náboje (rb, ...)

R.P.Feynman

q

q

q

q

g

Silné sily

viazané stavy

mezóny: qq

baryóny: qqq

+

=

hadróny

Uväznenie kvarkov a gluónov

Prečo v prírode nepozorujeme

voľné kvarky a gluóny ?

Nobelova cena

za fyziku 2004

D.J.Gross

H.D.Politzer

F.Wilczek

Za objav asymptotickej slobody

v teórii silných interakcií

- silná sila medzi kvarkami narastá

so vzdialenosťou

- kvarky sa nedokážu vyslobodiť

z hadrónov

gravitačná sila = zakrivenie časopriestoru

- nemáme teóriu gravitačnej sily v mikrosvete

Inventúra

Čo je Štandardný model elementárnych častíc ?

snaha vysvetliť veľa vecí pomocou málo vecí

Otvorené otázky:

- zahrnutie gravitácie

- odkiaľ majú častice hmotnosť, Higgsov bozón

- prečo práve tri generácie

- ako súvisia všetky parametre

- možné vysvetlenia:

supersymetrie, superstruny

- ...

2005-02-22T12:09:52