Sprawdź, czy rozumiesz
Pytania
Silne oddziaływanie jądrowe: oddziaływanie między kwarkami, którego nośnikami są gluony, jest przyciągające, ale ma mały zasięg. Oddziaływanie elektromagnetyczne: występuje między cząstkami obdarzonymi ładunkiem elektrycznym, może być odpychające lub przyciągające, nośnikami są fotony. Słabe oddziaływanie jądrowe: zachodzi między fermionami, nośnikami są ciężkie bozony pośredniczące i . Oddziaływanie grawitacyjne: oddziaływanie cząstek materialnych (masowych), którego nośnikami są grawitony.
Elektron, mion, taon; neutrino elektronowe, mionowe i taonowe; kwark dolny, dziwny i piękny (niski); kwark górny, powabny i prawdziwy (wysoki).
Zasada zachowania energii, pędu, ładunku (znane z mechaniki klasycznej i relatywistycznej). Dodatkowo zasady zachowania liczb: barionowej, leptonowej i dziwności – liczby te nie mogą się zmienić przed zderzeniem lub rozpadem ani po nich.
Występowanie przypadków łamania zasad zachowania oznacza, że teoria, która je wykorzystuje, nie jest w pełni poprawna. Obalanie dotychczas obowiązujących teorii często prowadzi do głębszego poznania natury zjawisk fizycznych.
Bariony o tej samej budowie kwarkowej różnią się masą spoczynkową, bo zależy ona od energii poszczególnych kwarków wchodzących w ich skład (). W takiej sytuacji barion, który zawiera kwark o dużym momencie pędu (spinie), powinien mieć większą masę niż taki, w którego skład wchodzi kwark o mniejszym momencie pędu.
Akcelerator liniowy do wstępnego przyspieszania cząstek na prostoliniowym odcinku; synchrotron do przyspieszenia cząstek do docelowej energii i przechowywania rozpędzonych cząstek w pierścieniu akumulacyjnym; detektor do pomiaru produktów zderzenia.
W eksperymencie zderzeniowym, gdzie dwie przeciwbieżne wiązki zderzają się w jednym punkcie, cała energia zderzenia przekształca się w energię spoczynkową wytwarzanych cząstek. W eksperymencie ze stałą tarczą część energii traci się na nadanie pędu nowym cząstkom, ponieważ środek masy zderzających się cząstek nie pozostaje w spoczynku.
Model standardowy jest modelem oddziaływań cząstek elementarnych. Składają się na niego teoria oddziaływań elektrosłabych i chromodynamika kwantowa. W ramach modelu standardowego opisujemy oddziaływanie leptonów i kwarków zachodzące z wymianą fotonów (elektromagnetyzm) i bozonów (teoria oddziaływań słabych) oraz oddziaływania między kwarkami za pośrednictwem gluonów (chromodynamika kwantowa). W modelu nie występuje oddziaływanie grawitacyjne.
Chcemy wyjaśnić różne rodzaje oddziaływań (silne, słabe i elektromagnetyczne) w jednolity sposób za pomocą zunifikowanej siły.
Nie. Istnienie bozonu Higgsa wyjaśnia, dlaczego bozony pośredniczące i mają masy (bozon Higgsa nadaje im ją) i w ten sposób, pośrednio, wyjaśnia niewielki zasięg oddziaływań słabych.
Rozszerzanie się Wszechświata należy rozumieć jako ekspansję przestrzeni. Nie jest ona podobna do wybuchu bomby, kiedy odłamki przechodzą przez przestrzeń, ale raczej do pompowania balonu, gdzie sama przestrzeń się rozszerza i dlatego zwiększają się odległości między ciałami. Wykres zależności prędkości ucieczki galaktyk jest proporcjonalny do ich odległości od nas. Miarą prędkości ucieczki jest wielkość kosmologicznego przesunięcia ku czerwieni światła docierającego do nas z odległych galaktyk, wynikającego z relatywistycznego efektu Dopplera.
Jasności absolutne są stałe niezależnie od odległości, natomiast mierzone jasności pozorne są odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości (lub prędkości ucieczki, zgodnie w prawem Hubble’a).
Gdyby docierające do Ziemi światło było spowolnione, czas jego podróży byłby dłuższy niż spodziewany. W efekcie ocenialibyśmy, że źródło światła jest bliżej niż w rzeczywistości. Zatem dla danej prędkości ucieczki (obliczonej na podstawie częstotliwości światła, o której zakładamy, że jest niezmienna) odległość byłaby mniejsza niż prawdziwa, a więc stała Hubble’a miałaby większą niż prawdziwa wartość. Wszechświat wydawałby się młodszy niż naprawdę jest.
Zadania
Proton składa się z dwóch kwarków górnych i jednego dolnego. Całkowity ładunek protonu wynosi więc: .
Mezon składa się z kwarka górnego i antykwarka dziwnego (). Ponieważ ładunki tych kwarków wynoszą oraz , to całkowity ładunek kaonu wynosi . Dwa spiny o wartości mogą w sumie dać wartość wypadkową lub , zatem wartość spinu 0 znana dla jest dobrze przewidziana na podstawie budowy kwarkowej. Dziwności kwarków dodają się jak , co też zgadza się z wartością znaną dla mezonu .
Postępujemy podobnie jak w Przykładzie 11.7: , . Jest to masa mezonu ypsilon w stanie spinowym , po raz pierwszy zaobserwowano go w Fermilabie w 1977 roku. Mezon ten składa się z kwarka i antykwarka niskiego ().
. Ponieważ na tak krótkiej drodze nie jest możliwe zostawienie śladu w detektorze, obecność bozonu w eksperymencie stwierdza się na podstawie obserwacji produktów jego rozpadu.
Grawiton jest cząstką bezmasową, podobnie jak foton, dlatego zasięg oddziaływań przenoszonych przez grawiton jest nieskończony.
a. ; b. Wiek Wszechświata byłby większy, bo skoro Wszechświat rozszerzał się wolniej w przeszłości, to pokonanie danego dystansu zajęłoby mu więcej czasu.
Zadania trudniejsze
a. Korzystamy z zasady Heisenberga . ; b. . Unifikacja trzech oddziaływań (silnego, słabego i elektromagnetycznego) załamuje się wkrótce po oddzieleniu się grawitacji od supersiły (po upływie czasu Plancka). Rośnie więc nieoznaczoność czasu. Dostępna energia staje się zatem mniejsza niż wymagana do unifikacji oddziaływań.