Elementarne čestice

[причалица]

Elementarne čestice su subatomske čestice za koje se veruje da se ne mogu podeliti na manje. S druge strane, subatomske čestice su sve čestice manje od atoma bez obzira na njihovu složenost (ili elementarnost). Pri tome ovo 'manje od atoma' treba shvatiti uslovno jer neki kvarkovi imaju masu reda veličine najtežih hemijskih elemenata.Neke elementarne čestice su stabilne, druge su, pak, nestabilne. Ona čestice koja prepuštena sama sebi, tj. kada ne interaguje ni sa jednom drugom česticom, opstaje nepromenjenih karakteristika sve dok traju ti uslovi, naziva se stabilnom. Ona koja čak i u tim uslovima, posle izvesnog vremena, menja svoje karakteristike, odnosno preživljava spontanu transformaciju (raspad) u neke druge elementarne čestice, naziva se nestabilnom. U odgovarajaćoj interakciji sa datim elementarnim česticama, međutim, i svaka stabilna čestica može da se transformiše u druge čestice. Suprotno, za vreme trajanja određenih interakcija, i neke nestabilne čestice mogu da zadrže svoj identitet sve dok te interakcije traju.

[причалица]

Standardni model elementarnih čestica

[причалица]

Elementarne čestice se mogu podeliti na čestice materije i čestice prenosioce sila.

Čestice materije sačinjavaju atome, molekule, živa bića, svet oko nas. U njih spadaju kvarkovi i leptoni. Kvarkovi su elementarne čestice koje sačinjavaju protone, neutrone i sve ostale složene čestice tj. hadrone, nukleone, mezone..

Čestice prenosioci sile prenose interakcije među česticama materije i poneke između samih sebe. To su čestice sa celobrojnim spinom od kojih neke imaju masu. Te čestice su nosioci polja osnovnih fizičkih sila kao što su elektromagnetna, jaka, slaba i gravitaciona.

[причалица]

Čestice prenosioci sile prenose interakcije među česticama materije i poneke između samih sebe. To su čestice sa celobrojnim spinom od kojih neke imaju masu. Te čestice su nosioci polja osnovnih fizičkih sila kao što su elektromagnetna, jaka, slaba i gravitaciona.

Prenosioc elektromagnetne sile je foton koji prenosi interakcije između čestica sa naelektrisanjem. Foton nema masu mirovanja, ima spin 1 i istovremeno je svoja antičestica.
Prenosioci slabe sile su W⁺, W^-, Z° bozoni. To su čestice koje imaju vrlo veliku masu. Prenose interakciju između leptona i kvarkova tj. između svake čestice koja ima naelektrisanje. Imaju veliku ulogu u radioaktivnom raspadu.

Prenosioci jake sile su gluoni. To su čestice bez mase sa spinom 1 koje se javljaju u 8 vrsta od kojih svaka može biti u 3 boje tj. postoji 24 moguće vrste gluona. Oni prenose jaku silu između kvarkova i između sebe samih. Odlikuju se jednom čudnom osobinom zbog toga što su kvarkovi dalje jedan od drugog, jačina veze između njih raste. To je razlog zašto se kvarkovi ne mogu naći u izolovanom stanju, već samo u vidu kvark-gluonske plazme.

[причалица]

Kvarkovi

Ideja o postojanju kvarkova rodila se iz činjenice da je u poslednjih pola stoleća otkriveno više stotina različitih subatomskih čestica. Saznanje da mnoge od njih traju kraće od milijarditog dela sekunde pre nego što nestanu ili se transformišu, samo je zbunjivala tadašnje naučnike.
Zašto su sve te čestice toliko različite jedna od drugih? Da li ih je moguće sve grupisati u nekoliko velikih porodica koje bi objedinjavale mnoge njihove različite osobine i tako oformile nekoliko posebnih grupa? Na taj način bi se postiglo da umesto brojnih pojedinačnih čestica imamo samo nekoliko njihovih osnovnih familija. Morao je biti uspostavljen nekakav red u tu "džunglu" subatomskih čestica.

Početkom 1961. godine američki fizičar sa Kalifornijskog univerziteta Murray Gell–Mann i Izraelac Yuval Ne'eman, nezavisno jedan od drugog, počeli su sa radovima na uspostavljanju nekakvog sistema u organizaciji brojnih sub-atomskih čestica. Tada je Gell–Mann predvideo jednu familiju čestica nazvanu omega–minus, sa vrlo neočekivanim i neobičnim svojstvima, sa kakvim se do tada niko nije susreo. Znajući kakve osobine bi trebalo da imaju nove čestice, fizičari su tačno znali šta treba da traže. I najzad, 1964. godine njihov trud se isplatio – pronađene su tačno onakve čestice kakve je genijalni Gell–Mann opisao, što mu je 1969. godine donelo i Nobelovu nagradu.

[причалица]

Proučavajući novoformirane porodice subatomskih čestica, Gell–Mann se usredsredio na ideju da se sve one sastoje samo od kombinacija nekoliko još prostijih i elementarnijih čestica. Ako bi se to pokazalo ispravnim, u mnogome bi pojednostavilo čitavu našu sliku univerzuma. Izgledalo mu je da bi sa tri pretpostavljene različite subatomske čestice, jasno definisanih svojstava i kombinujući ih na različite načine, mogao da predstavi sve druge poznate nam čestice.

Pošto je pretpostavio da će kombinacija svega tri hipotetičke čestice biti dovoljna za ustrojstvo svih drugih poznatih, nadenuo im je neobično ime – kvarkovi. Taj čudak, profesor i doktor nauka Gell–Mann, koji je i kasnije mnogim novootkrivenim česticama pokušavao da da egzotična imena, je taj naziv uzeo je iz dijaboličnog romana Jamesa Joycea,Fineganovo bdenje, u kojoj je autor izvrtao i menjao reči zbog literarnih potreba. Zagonetna rečenica je glasila: Tri kvarka za mustera Marka (Three quarks for Musther Mark). Reč quark bi trebalo da se izgovara kao quart (kvort – anglosaksonska mera za tečnost), sa k na kraju, a ne sa t ...




Dva "donja" kvarka sa nabojem od -1/3 i jedan "gornji" sa nabojem +2/3 daju neutron (neutralan). Na crtežu desno vidim kako tri kvarka daju proton (koji ima pozitivno naelektrisanje)

[причалица]

Kvarkovi su čestice koje imaju spin 1/2 kao i sve ostale čestice materije ali imaju električni naboj od 1/3c. Pored spina i naelektrisanja imaju i osobinu koja se zove boja i ona može imati 3 osnovne vrednosti. Grade teže čestice tako što se povežu 3 kvarka - hadroni, nukleoni - u bezbojnu kombinaciju ili tako da se povežu 1 kvark i 1 antikvark iste boje čineći pri tome bezbojnučesticu. Kvarkovi su po fizičkim merilima izuzetno masivne čestice.
Kvarkova ima 6 vrsta, svrstanih u 3 para.

• u - up
• d - down

• t - top
• b - botom

• c - charm
• s - strange

Up i down kvark čine ceo kosmos jer su oni oblici kvarkova sa najmanjom masom i prema tome najmanjom energijom, tj., najstabilniji su. Svi ostali kvarkovi su dobijeni u akceleratorima čestica pri vrlo velikim energijama na vrlo male delove vremena. Svi ostali kvarkovi su mnogo masivniji od u i d i oni grade egzotične vrste teških čestica, koje se raspadaju na manje masivne posle par milisekundi.
Koliko se sada zna kvarkovi su čestice koje možda uopšte nemaju dimenzije, ali se kao gornja granica za njihov prečnih uzima granica od 10^-17 m. Kvarkovi se nikad ne mogu naći izolovani već samo povezani u čestice koje su bezbojne jer što su dalje kvarkovi jedan od drugog, to je sila između njih jača, ali i ako čestici sačinjenoj od kvarkova predamo dovoljno energije za raskidanje veze između kvarkova, ta energija će se pretvoriti u još jednu bezbojnu česticu sačinjenu od kvarkova.

[причалица]

Leptoni

To su elementarne čestice koje ne prave druge složene čestice ali učestvuju u važnim fizičkim procesima. Imaju spin 1/2, naelektrisanje 1c i osetljivi su na slabu silu. Imaju masu koja je znatno manja od mase kvarkova, ali za razliku od njih mogu se naći slobodni.
Leptoni se javljaju u 6 vrsta:

• elektron
• muon
• tau

i njihovi odgovarajući neutrini:

• elektronski neutrino
• muonski neutrino
• tau neutrino

Elektron i elektronski neutrino su leptoni sa najmanjom masom tako da su oni leptoni koji čine kosmos. Svi ostali leptoni imaju znatno veću masu ali mogu da nastanu pri reakcijama u jezgrima zvezda i u akceleratorima. Neutrini se javljaju u termonuklearnim reakcijama uz njihov odgovarajući lepton. Za neutrine se donedavno mislilo da nemaju masu ali pre par godina je otkriveno da neutrini mogu da menjaju vrstu tj. da osciliraju iz jedne vrste u drugu, što je jasan pokazatelj da neutrini imaju masu koja je bar 1000 puta manja od mase elektrona.

[причалица]

[причалица]

У ЦЕРН-у откривена четврта субатомска честица која „преферира” материју, што ће помоћи разумевању једне од великих загонетки физике

Велики атомски сударач у лабораторији надомак Женеве затворен је на две године због ремонта, али научници и даље раде на анализи података и управо су открили нови разлог за очигледан недостатак антиматерије у космосу.

Детектор Великог хадронског сударача (ЛХЦ), у центру Европске организације за нуклеарна истраживања (ЦЕРН), пратио је распад честица познатих као Бс мезони. Мезони су субатомске честице састављене од једног кварка и једног антикварка. Тим истраживача, који ради на подацима ЛХЦ-а, објавио је да је Бс мезон четврта субатомска честица која „преферира” материју у односу на антиматерију.

До открића се дошло у једном од четири велика експеримента који се врше у ЛХЦ-у. Сударајући протоне у овом уређају, научници су створили услове који су постојали непосредно после Великог праска. То је подразумевало и креирање честица антиматерије. Свака честица за коју знамо има „антиматеријског близанца” који је у свему идентичан, осим што има супротан електрични набој.

Научници су открили да се неке честице антиматерије распадају много брже него њихови парњаци у материји – сваки четврти Бс мезон у антиматерији се распада брже него његов парњак у материји.

Опажање нарушавања ЦП (наелектрисања честица) симетрије мезона помаже да се реши једна од великих загонетки физике – зашто у универзуму нема више антиматерије. Научници верују да је приликом Великог праска створена једнака количина материје и антиматерије. Али, научнике данас збуњује чињеница да је материја преовлађујућа.

„У тренуцима после Великог праска материја и антиматерија су се стално сударале и уништавале једна другу. Због незнатних разлика између њих, материја је преживела, а антиматерија није. Универзум је састављен од милијардитог дела материје створене у Великом праску, дакле ми смо милијардити део који је преостао пошто је антиматерија уништила остало. Сада имамо први доказ нарушавања ЦП симетрије код Бс мезона. То је веома узбудљиво, јер су нам се предвиђања остварила”, објаснила је за лондонски „Телеграф” физичарка Тара Ширс са Универзитета у Ливерпулу, која је учествовала у експериментима.

Пјерлуиђи Кампана, портпарол истраживачког тима који је до најновијег открића дошао анализом података из 70 трилиона колизија протона током једног од четири експеримента, изјавио је да је откриће било предвиђено стандардним моделом физике, али да поједина интересантна одступања захтевају додатна детаљна проучавања.

Прво откриће асиметрије између материје и антиматерије у распаду субатомских честица донело је америчким научницима Џејмсу Кронину и Валу Фичу Нобелову награду за физику 1980. године.

http://www.politika.rs/rubrike/spekt...terije.sr.html