Pytania
11.1 Wstęp do fizyki cząstek elementarnych
Podaj różnice między fermionami i bozonami, używając pojęć nierozróżnialności cząstek i symetrii funkcji falowej.
Podaj różnice między cząstkami a antycząstkami. Opisz występujące między nimi reakcje.
11.2 Zasady zachowania w fizyce cząstek elementarnych
Jak określamy, czy dany proces lub rozpad cząstek może zajść?
W jakim sensie obserwacja eksperymentalna cząstki, która łamie znane zasady zachowania w fizyce, może być dobra dla naukowców?
11.3 Kwarki
Wymień sześć znanych kwarków i podsumuj ich właściwości.
Jakie są dowody na występowanie kwarków?
11.4 Akceleratory i detektory cząstek
Opisz krótko i porównaj cztery typy przyspieszaczy cząstek: akcelerator Van de Graaffa, akcelerator liniowy, cyklotron i synchrotron.
Jakie detektory wchodzą w skład segmentów detekcyjnych w urządzeniu CMS? Opisz je krótko.
Jaką przewagę ma akcelerator zderzeniowy nad akceleratorem liniowym, w którym rozpędzone cząstki zderzają się na końcu z nieruchomą tarczą?
Elektron pojawia się w detektorze mionów w eksperymencie CMS. Jak to jest możliwe?
11.5 Model standardowy
Czym jest model standardowy cząstek elementarnych? Wyraź swoją odpowiedź przy użyciu pojęć czterech oddziaływań podstawowych.
Przedstaw na diagramie Feynmana proces anihilacji elektronu i pozytonu, w wyniku którego powstaje foton.
Gdyby powstała jedna teoria unifikująca wszystkie typy oddziaływań, to czy nadal sensowne i poprawne byłoby stwierdzenie, że ruch orbitalny Księżyca wokół Ziemi określa oddziaływanie grawitacyjne? Wyjaśnij odpowiedź.
Czy niedawno odkryty bozon Higgsa może być uważany za podstawowy nośnik oddziaływań słabych? Wyjaśnij swoją odpowiedź.
Jednym z najczęstszych kanałów rozpadu cząstki jest reakcja . Mimo że w ten rozpad zaangażowane są tylko hadrony, to na pewno zachodzi on poprzez oddziaływanie słabe. Dlaczego możemy być pewni, że rozpad ten nie zachodzi pod wpływem oddziaływań silnych?
11.6 Wielki Wybuch
Co rozumiemy przez ekspansję Wszechświata? Uzasadnij swoją odpowiedź w oparciu o prawo Hubble’a i zjawisko kosmologicznego przesunięcia ku czerwieni.
Opisz model ekspansji przez analogię do pompowania balonu i uzasadnij, dlaczego tylko z pozoru wydaje się nam, że znajdujemy się w centrum Wszechświata?
Odległości do bliskich nam galaktyk określane są na podstawie pomiarów jasności gwiazd zmiennych, zwanych cefeidami, których jasności absolutne i odległości są znane. Wyjaśnij, jak mierzone jasności gwiazd mogą się zmieniać w czasie w stosunku do jasności absolutnych.
11.7 Ewolucja wczesnego Wszechświata
Co rozumiemy pod określeniem „model kosmologiczny wczesnego Wszechświata”? Opisz krótko najważniejsze założenia modelu w świetle czterech oddziaływań podstawowych.
W jakim sensie jesteśmy „tylko chłopcem bawiącym się na morskim brzegu”, jak to ujął Newton? Oprzyj swoją argumentację na koncepcji ciemnej energii i ciemnej materii.
Gdyby dokonano odkrycia nieznanego dotąd efektu wpływającego na przesunięcie ku czerwieni – np. spowolnienia światła podróżującego w pustej przestrzeni – to jakie znaczenie dla kosmologii miałoby to odkrycie?
Jeden ze starszych modeli Wszechświata zakładał, że jest on nieskończenie wielki. Gdyby tak jednak było, to na linii wzroku wzdłuż każdego możliwego kierunku musielibyśmy trafić na jakąś gwiazdę, a nocne niebo byłoby bardzo jasne. Jak ten paradoks (znany jako paradoks Olbersa) można wytłumaczyć w świetle modeli współczesnej kosmologii?