Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Czy Bogini stwarza to
wszystko . . .

Dlaczego aż tyle
energii?

Szczelina
Umasywniacz
Katedra Moneta, czyli
trzynaście sposobów
widzenia protonu

Nowa materia:
kilka przepisów

Cząstki z próżni
Wyścig
Wpływowa osobistość
z Kalifornii

Wielka nauka i genius
loci Kalifornii

Synchrotron: tyle
okrążeń, ile chcesz

Ike i piony
Damy Beppa
Pierwsza wiązka
zewnętrzna:
przyjmujemy zakłady

Dygresja w stronę
nauk społecznych:
pochodzenie wielkiej
nauki

Z powrotem do
maszyn: trzy przełomy
technologiczne

Czy większe jest
lepsze?

Czwarty przełom:
nadprzewodnictwo

Kowboj dyrektorem
laboratorium

Dzień z życia protonu
Decyzje, decyzje:
protony czy elektrony

Zderzenie czołowe
czy tarcza?

Wytwarzając
antymaterię

Zaglądanie do czarnej
skrzynki: detektory

Kłopoty
z pęcherzykami

Czego się
dowiedzieliśmy:
akceleratory i postęp
w fizyce

Trzy finały:
wehikuł czasu, katedry
i akcelerator na orbicie

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Nowa materia: kilka przepisów
 
Nowa materia: kilka przepisów
 
M
uszę wspomnieć o  jeszcze jednym ważnym procesie, towarzyszącym zderzeniom: możemy produkować nowe cząstki. Podobne procesy zachodzą bez przerwy w  każdym zakątku domu. Popatrz, drogi Czytelniku, na lampę wytrwale próbującą oświetlić tę ciemną stronicę. Jakie jest źródło tego światła? Elektrony pobudzone energią elektryczną dostarczaną do włókna żarówki albo – jeśli używasz energooszczędnych urządzeń – do gazu lampy fluoroscencyjnej. Elektrony emitują fotony. To właśnie o  ten proces chodzi. Ujmując to w  bardziej abstrakcyjnym języku fizyki cząstek elementarnych, można powiedzieć, że elektron w  wyniku zderzenia może wypromieniować foton. Elektron otrzymuje energię (za pośrednictwem wtyczki w  ścianie) podczas procesu przyspieszania.
       A  teraz uogólnijmy to, co powiedzieliśmy. Kiedy stwarzamy nowe cząstki, musimy liczyć się z  prawami zachowania energii, pędu i  ładunku oraz respektować wszystkie inne reguły kwantowe. Poza tym obiekt, który jest odpowiedzialny za pojawienie się nowej cząstki, musi być z  nią w  jakiś sposób „związany”. Przykład: w  wyniku zderzenia dwóch protonów powstaje nowa cząstka – pion. Zapisujemy to następująco:
p+ + p+ p+ + p+ + n.
       Oznacza to, że proton może się zderzyć z  drugim protonem i  w  wyniku tego powstanie proton, dodatnio naładowany pion oraz  neutron. Wszystkie te cząstki podlegają silnemu oddziaływaniu, a  powyższa reakcja to typowy przykład procesu kreacji. Można go też rozpatrywać jako „rozpuszczanie” protonu pod wpływem innego protonu na „pi plus” i  neutron.
       Do innego, rzadkiego i  ekscytującego procesu produkcji cząstek, zwanego anihilacją, dochodzi wówczas, gdy materia zderza się z  antymaterią. Termin „anihilacja” został tu użyty w  jak najściślejszym, słownikowym znaczeniu jako „pozbawianie istnienia”. Gdy cząstka, zwana elektronem, zderza się ze swą antycząstką – pozytonem – obie znikają, a  na ich miejsce na moment pojawia się energia w  postaci fotonu. Zasady zachowania nie lubią tego procesu, dlatego foton istnieje tylko przelotnie i  wkrótce muszą w  jego miejsce powstać dwie cząstki – na przykład inny elektron i  pozyton. Rzadziej foton może przekształcić się w  mion i  antymion albo nawet w  proton i  antyproton. Anihilacja to jedyny proces, w  którym masa jest ze stuprocentową wydajnością przetwarzana w  energię, zgodnie z  einsteinowskim równaniem E = mc2. Podczas wybuchu bomby jądrowej tylko ułamek procentu masy ulega przeobrażeniu w  energię. Gdy materia zderza sie z  antymaterią, znika sto procent masy.
       Najważniejszym warunkiem, który musi być spełniony podczas wytwarzania nowych cząstek, jest dostateczna ilość energii. E = mc2 to podstawowe narzędzie, za pomocą którego prowadzimy nasze obliczenia. Wspominałem na przykład, że w  efekcie zderzenia między elektronem i  pozytonem może powstać proton i  antyproton. Ponieważ energia spoczynkowej masy protonu wynosi około 1 GeV, cząstki biorące udział w  zderzeniu muszą mieć przynajmniej 2 GeV, by mogła powstać para proton/antyproton. Jeśli jest więcej energii, wzrasta prawdopodobieństwo takiego zdarzenia i  pozostaje pewna nadwyżka w  postaci energii kinetycznej nowych cząstek, dzięki czemu łatwiej jest je wykryć.
       Olśniewająca natura antymaterii stała się źródłem pielęgnowanego przez literaturę fantastycznonaukową poglądu, że dzięki niej będzie można pewnego dnia rozwiązać kryzys energetyczny. I rzeczywiście, kilogram antymaterii dostarczyłby tyle energii, ile zużywa się dziennie w  Stanach Zjednoczonych, gdyż całkowita masa antyprotonu (razem z  masą protonu, który ulega zagładzie) przekształca się w  energię via E = mc2. Podczas spalania węgla lub ropy naftowej tylko miliardowa część masy paliwa zmienia się w  energię. W  reaktorach rozszczepieniowych liczba ta dochodzi do 0,1 procent. W  niecierpliwie oczekiwanych reakcjach termojądrowych osiągnie zapewne (usiądź wygodnie, drogi Czytelniku!) blisko 0,5 procent.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach