Ø Kvarky Ø Leptony •Elementární částice (nejdou dělit) Ø Bosony •Kvarky se dělí do 6 základních vůní •Každý je jinak hmotný a mají různé části elementárního náboje Symbol Vůně Klidová hmotnost [MeV/c²] Elektrický náboj [e] d dolů (down) 3,5 – 6 -1/3 u nahoru (up) 1,5 – 3,3 2/3 s podivný (strange) 92,4 -1/3 c půvabný (charm) 1270 2/3 b krásný (beauty) 4200 -1/3 t Pravdivý (truth) 174 980 2/3 1 MeV/c2 = 1.79 x 10-30 kg •Známe 6 základních leptonů Částice Značka Klidová hmotnost [MeV/c2] Elektrický náboj [e] Elektron e- 0,511 -1 Mion μ- 105,7 -1 Tauon τ- 1777 -1 Neutrino elektronové νe < 0,000 002 0 Neutrino mionové νμ < 0, 170 0 Neutrino tauonové ντ < 18 0 1 MeV/c2 = 1.79 x 10-30 kg •Leptony podléhají pouze slabé a gravitační interakci (pokud mají náboj tak i elektromagnetické) •Mají poločíselný spin (jsou fermiony) •Není známá vnitřní struktura •Splňují Pauliho vylučovací princip •Bosony mají celočíselný spin (nemusí splňovat Pauliho vylučovací princip) • •Patří zde částice zprostředkovávající interakce • • • • •Ale i další Částice Značka Klidová hmotnost [MeV/c2] Elektrický náboj [e] Foton γ 0 0 Gluon g 0 0 Boson W± W± 80 387 ±1 Boson Z0 Z0 91 187 0 1 MeV/c2 = 1.79 x 10-30 kg •Základní interakce Ø Gravitační Ø Elektromagnetická Ø Slabá Ø Silná Ø ØJe nutno upozornit, že slabost či síla těchto interakcí silně závisí na interakční vzdálenosti!!!!!!!!!!! Ø •Gravitační Ø Nejslabší Ø Rozhodující pro velké vzdálenosti Ø Pouze přitažlivá Ø Kvadraticky ubývá se vzdálenosti Ø Lepší popis A. Einstein Ø Obecná teorie relativity říká, že hmota/energie zakřivuje časoprostor, což můžeme pozorovat jako gravitaci a změnu plynutí času •Elektromagnetická Ø Působí mezi elektricky nabitými částicemi Ø Relativně silná i na velké vzdálenosti Ø Přitažlivá i odpudivá dle náboje Ø Kvadraticky ubývá se vzdálenosti Ø Komplexnější popis J. C. Maxwell Ø V mikrosvětě kvantová elektrodynamika Ø Přenos energie zprostředkovávají fotony Ø Popisuje i interakci záření s hmotou Podrobněji •Slabá Ø Působí na leptony a kvarky Ø Je 2. nejslabší a 1013-krát slabší než silná Ø Je zprostředkovávána bosony W± a Z0 (mají nenulovou klidovou hmotnost) Ø Dosah je velmi omezen (max. 10-18 m) Ø Znázorňuje se pomocí Feynmanových diagramů Podrobněji Ø Je odpovědná za β-rozpad •Silná Ø Působí pouze mezi kvarky Ø Je nejsilnější s dosahem kolem 10-15 m Ø Je zodpovědná za soudržnost jader Ø Je zprostředkována gluony Ø •Srovnání síly a dosahu základních interakcí •Elektromagnetická a slabá interakce se dají popsat jako projev jediné tzv. elektroslabé interakce •Speciální teorie relativity •Jde pouze o speciální případ, kdy můžeme zanedbat gravitační interakci. Ta je předmětem až obecné teorie relativity •Zmíníme si pouze základní úvahy a vzorce plynoucí z STR, které se nám mohou v praxi hodit 1.Všechny mechanické i elmag. děje dopadnou ve všech inerciálních soustavách stejně. Inerciální soustavy nejsou nijak privilegovány. •Pokud v soustavě nepůsobí žádná síla nebo je výslednice sil nulová, pak je těleso v klidu nebo se pohybuje rovnoměrně přímočaře. Tato soustava je inerciální. 2.Rychlost světla je ve všech inerciálních soustavách stejná. •Z těchto 2 principů lze odvodit několik základních vztahů: Podrobněji relativita •Harmonické kmitání je (obvykle) časová změna nějaké veličiny, která se pravidelně opakuje •Kmitavý pohyb popisujeme: Ø Okamžitou výchylkou Ø Amplitudou výchylky Ø Frekvencí (periodou) kmitání Ø Fází kmitání Třetí odrážka není příliš srozumitelná •Vlnění můžeme popsat jako kmitání, které se pohybuje prostorem Kmitání hmotného bodu? periody Za dobu jedné periody!!! •Interference vlnění •Co když totéž provedeme s částicemi? Pohled klasické fyziky Pohled kvantové mechaniky – částice interferují jako vlny •Louis de Broglie (1924) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Broglie_Big.jpg •Ve světě fyziky existuje celá řada zákonů zachování •Je důležité vědět, kdy který platí a jak jej použít. Pak jdou fyzikální problémy jednodušeji vyřešit a interpretovat •Zmíníme si zde jen pár z následujících Ø Zachování energie, hybnosti, el. náboje, momentu hybnosti, baryonového čísla, leptonového čísla, barevného náboje, symetrie… •Zákon zachování energie •Nejznámější a nejjednodušší je zachování mechanické energie, kdy zůstává zachován součet potenciální a kinetické energie systému •Ale tento zákon platí i obecně pro libovolný druh energie •Zákon zachování hybnosti (ZZH) •Celková hybnost izolované soustavy se nemění •Při práci se ZZH si musíme uvědomit, že hybnost je vektorová veličina a podle toho upravovat výpočty •Zákon zachování momentu hybnosti •Celkový moment hybnost izolované soustavy se nemění •Jedná se o analogii zachování hybnosti, avšak pro rotační pohyb •Je-li výsledný moment vnějších sil působících na danou soustavu nulový, pak se celkový moment hybnosti zachovává vzhledem k danému bodu •Zákon zachování el. náboje •Celkové množství náboje v elektricky izolované soustavě zůstává konstantní •Elektrický náboj nelze vytvořit ani zničit, ale pouze přemístit. •Dopadající foton, může interagovat s elektronem z vnější vrstvy atomového obalu, který je slaběji vázán •V takovémto případě může dojít k uvolněné elektronu z obalu a k rozptylu fotonu, který změní svou vlnovou délku •Tento jev hraje důležitou roli při interakci RTG s látkou (při ozařování pacienta) •Také se jedná o hezkou demonstraci zákona zachování energie a hybnosti. •Teorie relativity byla ve své době velmi kontroverzní a obtížně prokazatelná. I to mohlo sehrát roli při udílení Nobelovy ceny, kterou Einstein získal za vysvětlení fotoelektrického jevu, nikoliv za teorii relativity. Její platnost byla několikrát potvrzena a nebyla doposud vyvrácena. zpět •Skutečnost, že planety obíhají okolo Slunce po eliptických drahách, formuloval již J. Kepler ve svých zákonech v 17. století. •Tyto zákony platí vcelku přesně. Ovšem u Merkuru byly pozorovány zajímavé skutečnosti zpět •Pouze dráha Merkuru se pozvolná mění (dochází k stáčení perihelia) s rychlostí cca 43 obloukových vteřin za století. Tento jev vysvětlila až obecná teorie relativity (OTR). •Merkur je tak blízko Slunci, že se zakřivení časoprostoru projevuje víc než u ostatních planet zpět •Silné gravitační pole dokáže ohýbat dráhu elektromagnetického vlnění (světla). Tomuto jevu se říká gravitační čočka. •Tento jev nastává, pokud se mezi pozorovatelem a objektem nachází velmi hmotný objekt (černá díra, galaxie, kvasary) zpět zpět Gravitační čočka •Dalším pokusem pro ověření platnosti OTR byl Shapirův experiment. Byla měřena doba letu radiových vln, které se odrážely od Venuše. Tyto vlny procházely v těsné blízkosti Slunce a z důsledku pomalejšího plynutí času v blízkosti tak hmotného tělesa mělo dojít ke zpoždění cca 200 μs. Tento čas byl skutečně naměřen. • •Konec 4. dodatku. zpět •Maxwellovy rovnice (1865) • • • • • • • • • • • • • • •Obrácený trojúhelník je operátor pro gradient zvaný nabla – vlastně návod, jak se má derivovat. Počítání s těmito operátory podléhá určitému formalismu. •Konec 5. dodatku. zpět •Slabá interakce může za β-rozpad •Je zprostředkováván bosonem W- • • • • • • • • • • • •Feynmanovy diagramy jsou bez dalších vysvětlení nefyzikovy zcela nesrozumitelné, snad tu: http://atlas.physicsmasterclasses.org/cz/zpath_feynman.htm •Konec 6. dodatku. zpět