Otaczająca nas „stabilna” materia składa się z:

1. Protonów

2. Neutronów

3. Elektronów

Czy istnieją jeszcze jakieś inne cząstki „elementarne” ?

V.E. Barnes et. al., Phys. Rev. Lett. 8, 204 (1964)

Ξ

0

π

–

γ

Λ

0

γ

K

0

Ω

–

K

+

π

–

p

K

–

Produkcja i rozpad

Ω

Ω

Ω

Ω

─

→

Ξ

ΞΞ

Ξ

ο

ο

ο

ο

ππππ

─

Materia i antymateria

Dla każdej cząstki materii istnieje jeszcze odpowiednia cząstka antymaterii
lub mówiąc inaczej - antycząstka.

.

Kiedy cząstka materii spotyka się z cząstką antymaterii, wtedy ulegają one
anihilacji

Podział cząstek elementarnych.

Leptony nie posiadają struktury wewnętrznej, są niepodzielne;

Leptony – oddziaływanie słabe

e

e

e v

v

e v

v

µ

µ

µ

τ

−

−

→ + +

→ + +

Struktura nukleonu

Czy neutron jest podzielny

Swobodny neutron rozpada się średnio po 900 s

e

n

p

e

υ

−

→ + +

Zaobserwowano również rozpady

e

p

n e

υ

+

→ + +

antyeutrino elektronowe

Protony i neutrony s

ą

zbudowane z jeszcze mniejszych cz

ą

stek, zwanych

Kwarkami

p

λ

=

Czy neutron (proton) jest podzielny

Hipoteza de Broglie’a – fale materii

Długość fali materii dla elektronu o energii kinetycznej 120 eV wynosi 1.12 10

-10

m

Długość fali materii dla elektronu o energii kinetycznej 2 GeV wynosi 5 10

-15

m

Strumie

ń

elektronów o energii E

k

≅

2 GeV

Hadrony

Bariony

Mezony

bariony

mezony

V.E. Barnes et. al., Phys. Rev. Lett. 8, 204 (1964)

Ξ

0

π

–

γ

Λ

0

γ

K

0

Ω

–

K

+

π

–

p

K

–

Produkcja i rozpad

Ω

Ω

Ω

Ω

─

→

Ξ

ΞΞ

Ξ

ο

ο

ο

ο

ππππ

─

0

(

)

uds

Λ

Kwarki maj

ą

niezwykł

ą

własno

ść

- ich ładunek elektryczny jest

ułamkowy,

w przeciwie

ń

stwie do protonu i elektronu, maj

ą

cych odpowiednie ładunki +1 i -1.

Najtrudniej uchwytny kwark,

prawdziwy

, został odkryty w roku 1995.

Mamy

sze

ść

kwarków

, pogrupowanych w trzy

pary :

Górny - dolny

(up/down),

Powabny - dziwny

(charm/strange)

prawdziwy - pi

ę

kny

(truth/beauty).

-

jednak obecnie w j

ę

zyku angielskim u

ż

ywa si

ę

innych nazw: top/bottom.

Kwarki

s

ą

jednym z rodzajów cz

ą

stek materii. Wi

ę

kszo

ść

materii, która nas otacza,

jest zbudowana z protonów i neutronów, które z kolei składaj

ą

si

ę

wła

ś

nie z kwarków.

3

1

lub

3

2

−

+

e

3. hadrony - podlegające oddziaływaniom grawitacyjnym,
elektromagnetycznym (jeżeli posiadają ładunek), słabym oraz silnym.

Grupę hadronów dzielimy na :

a) mezony zbudowane z kwarka i antykwarka. Spin mezonów jest równy

zeru lub liczbie całkowitej, są one bozonami,

b) bariony zbudowane z trzech kwarków. Spin barionów jest połówkowy

(1/2, 3/2...), są one fermionami.

Podział cząstek elementarnych.

Podział cząstek elementarnych.

Kwarki oprócz ładunku elektrycznego posiadaj

ą

jeszcze inny rodzaj ładunku,

zwany

ładunkiem kolorowym

. Siły pomi

ę

dzy cz

ą

stkami naładowanymi

kolorowo s

ą

bardzo silne, st

ą

d te

ż

wywodzi si

ę

nazwa przyj

ę

ta dla tego

oddziaływania:

Oddziaływanie silne

Oddziaływanie silnie zespala kwarki, które
tworz

ą

hadrony. Cz

ą

stki no

ś

nika siły

nazwano

gluonem

poniewa

ż

pełni on

rol

ę

bardzo mocnego kleju zespalaj

ą

cego

kwarki("glue" w j

ę

zyku angielskim

oznacza klej).

Ładunek kolorowy

zachowuje si

ę

inaczej ni

ż

ładunek

elektromagnetyczny. Gluony posiadaj

ą

ładunek kolorowy, co

jest do

ść

dziwne, gdy

ż

fotony (no

ś

niki siły ektromagnetycznej)

nie maj

ą

ładunku elektromagnetycznego. Podczas gdy kwarki

maj

ą

ładunek kolorowy, to

całkowity ładunek kolorowy

cz

ą

stek zło

ż

onych z kwarków wynosi

zero

(s

ą

one

kolorowo

oboj

ę

tne

). Z tego powodu oddziaływanie silnie wyst

ę

puje tylko

na bardzo małych odległo

ś

ciach pomi

ę

dzy kwarkami i dlatego

w

ż

yciu codziennym siły tej w ogóle nie widzimy.

Jak działa ładunek kolorowy?

Kolor kwarków i gluonów

•

Każdy z kwarków
przenosi jeden z
trzech kolorów i jeden
z trzech anty-kolorów

•

Bariony i Mezony są
„kolorowo” neutralne
tzn. ich wypadkowy
kolor jest „biały”.

Kwark emituje gluon

•

Ładunek kolorowy jest
zachowany

•

Gdy czerwony kwark
emituje
czerwony/anty-
niebieski gluon staje
się kwarkiem
niebieskim

Oddziaływanie silne pomi

ę

dzy

kwarkami

w jednym

protonie i

kwarkami

w innym protonie j

ą

dra jest

wystarczaj

ą

co du

ż

e, by przezwyci

ęż

y

ć

odpychaj

ą

c

ą

sił

ę

elektromagnetyczn

ą

pomi

ę

dzy tymi protonami.

Efekt ten nazwano

resztkowym oddziaływaniem

silnym

, i jest to wła

ś

nie to, co "skleja" (glue - ang.

skleja

ć

) j

ą

dro atomowe.

Oddziaływania słabe

s

ą

odpowiedzialne za rozpad

ci

ęż

kich kwarków i leptonów na l

ż

ejsze kwarki i leptony.

Cz

ą

stki przenosz

ą

ce oddziaływanie słabe to:

bozony

W

+

, W

-

i Z

.

Cz

ą

stki W s

ą

naładowane elektrycznie, podczas gdy cz

ą

stka

Z jest elektrycznie oboj

ę

tna.

U

d

+

+

e

e

u

d

υ

+

+

⇒

−

+

−

1

3

2

3

1