Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Κατερίνα Αρώνη Δεκέμβριος 2012. Η αναζήτηση… Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος προσπαθούσε να ανακαλύψει τα δομικά συστατικά της ύλης. Ο Αριστοτέλης πίστευε.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Κατερίνα Αρώνη Δεκέμβριος 2012. Η αναζήτηση… Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος προσπαθούσε να ανακαλύψει τα δομικά συστατικά της ύλης. Ο Αριστοτέλης πίστευε."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Κατερίνα Αρώνη Δεκέμβριος 2012

2 Η αναζήτηση… Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος προσπαθούσε να ανακαλύψει τα δομικά συστατικά της ύλης. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι 4 βασικά στοιχεία συνθέτουν τον κόσμο γύρω μας: η φωτιά, ο αέρας, η γη και το νερό.

3 Περνάνε αρκετοί αιώνες, όταν τον 19 ο αιώνα ο Τζον Ντάλτον δέχεται την άποψη του Δημόκριτου για τα άφθαρτα σωματίδια της ύλης, στην προσπάθειά του να ερμηνεύσει τις χημικές αντιδράσεις.

4 Σχηματική αναπαράσταση του ατομικού μοντέλου του σταφιδόψωμου

5 Ο Τόμσον μελέτησε τις καθοδικές ακτίνες, ρεύματα ταχέων και υψηλής ενέργειας ηλεκτρονίων.

6 Η ενέργεια εκπέμπεται ή απορροφάται σε «πακετάκια» που λέγονται « κβάντα ». Κάθε κβάντο έχει ενέργεια E=hν, όπου h η σταθερά του Πλανκ και ν η συχνότητα της ακτινοβολίας. Ο Πλανκ πιστεύει ότι το φως, αν και εκπέμπεται από τις πηγές του ασυνεχώς, ταξιδεύει στο χώρο σαν ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Max Planck: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής,1918 Το 1900 ο Γερμανός Μαξ Πλανκ, μελετώντας την ακτινοβολία του μέλανος σώματος, υποθέτει ότι τα άτομα συμπεριφέρονται σαν μικροσκοπικοί ηλεκτρομαγνητικοί ταλαντωτές οι οποίοι δεν ακτινοβολούν ενέργεια με συνεχή τρόπο, αλλά κάνοντας «άλματα».

7 Το πείραμα όμως του Νεοζηλανδού Έρνεστ Ράδερφορντ στο εργαστήριό του, όπου μελέτησε τη σκέδαση ακτίνων α κατά το πέρασμά τους από λεπτό φύλλο χρυσού, διέψευσε τη θεωρία του Τόμσον. Ernest Rutherford: Βραβείο Νόμπελ Χημείας, 1908

8

9 Η σύγχρονη άποψη είναι ότι το φως παρουσιάζει δυαδικό χαρακτήρα : Άλλοτε συμπεριφέρεται σαν κύμα και άλλοτε σαν σωμάτιο, ανάλογα με τις συνθήκες.

10 Μια σπουδαία ανακάλυψη έκανε το έτος 1909 ο Αμερικανός επιστήμονας Ρόμπερτ Μίλικαν όταν στο πείραμά του με φορτισμένες σταγόνες λαδιού κατάφερε να μετρήσει το φορτίο του ηλεκτρονίου και να αποδείξει ότι είναι το μικρότερο δυνατό φορτίο που υπάρχει ελεύθερο στη Φύση. Το ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα μέγεθος κβαντωμένο, δεν μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή. Οι τιμές του είναι ακέραια πολλαπλάσια του στοιχειώδους φορτίου του ηλεκτρονίου. Robert Andrews Millikan: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1923 e-

11 Το ατομικό πρότυπο του Ράδερφορντ: electrons (green) and nucleus (red)

12 Ο Δανός Νιλς Μπορ το 1913 βελτιώνει το ατομικό πρότυπο του Ράδερφορντ, συνδυάζοντάς το με την Κβαντική Θεωρία του Πλανκ. Υποθέτει ότι τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα σε καθορισμένες τροχιές και ότι το άτομο ακτινοβολεί μόνο όταν τα ηλεκτρόνια αλλάξουν τροχιά, μεταβαίνοντας από μία ενεργειακή κατάσταση σε άλλη μικρότερης ενέργειας. Niels Henrik David Bohr: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής,1922

13 Το 1923, ο Γάλλος Λουί ντε Μπρέιγ υποστηρίζει ότι, αν το φως έχει δυαδική φύση, ίσως το ίδιο να ισχύει και για την ύλη. Έτσι, ήρθαν στο προσκήνιο τα υλικά κύματα. Τα ηλεκτρόνια, αλλά και όλα τα σωμάτια, φορτισμένα ή αφόρτιστα, παρουσιάζουν κυματικά χαρακτηριστικά. Η ύλη συμπεριφέρεται σε μερικές περιπτώσεις σαν σωμάτιο και σε άλλες σαν κύμα. Prince Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής,1929 Ηλεκτρόνια και ιόντα σε κατάσταση πλάσματος (η 4 η κατάσταση ύλης)

14 Στο πείραμα των δύο σχισμών (πείραμα του Γιάνγκ), τα ηλεκτρόνια περνάνε από δύο πολύ λεπτές σχισμές που βρίσκονται πολύ κοντά η μια στην άλλη. Για τη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου παίζει σημαντικό ρόλο ο παρατηρητής. Έτσι, όταν το ηλεκτρόνιο δεν έχει παρατηρητή, συμπεριφέρεται σαν κύμα. Όταν όμως έχει παρατηρητή, συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο!

15 Σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας του Γερμανού φυσικού Βέρνερ Χάιζενμπεργκ που διατυπώθηκε το 1927,όταν μετράμε τη θέση και ταυτόχρονα την ορμή ενός σωματιδίου, η αβεβαιότητα στη θέση Δx επί την αβεβαιότητα στην ορμή Δp είναι πάντα μεγαλύτερη ή ίση του h/4π (όπου h η σταθερά του Πλανκ). Δηλαδή, δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε ταυτόχρονα με απεριόριστη ακρίβεια τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου. Για αυτό, αν σε κάποιο πείραμα ένα σωματίδιο δείξει τον κυματικό του χαρακτήρα, δεν μπορεί να εμφανιστεί με σαφήνεια ο σωματιδιακός του χαρακτήρας. Αν αλλάξουμε το πείραμα και εμφανιστεί ο σωματιδιακός του χαρακτήρας, ο κυματικός του χαρακτήρας γίνεται ασαφής. Η ύλη και το φως είναι σαν δύο όμοια νομίσματα που επιδεικνύουν είτε τη μια είτε την άλλη όψη τους, όχι όμως και τις δύο ταυτόχρονα. Werner Karl Heisenberg : Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1932

16 Ο Αυστριακός Έρβιν Σρέντινγκερ το 1926 περιγράφει πώς μεταδίδεται κάθε υλικό κύμα στο χώρο και το χρόνο, με μία εξίσωση η οποία περιέχει μία ποσότητα Ψ που ονομάζεται κυματοσυνάρτηση. Για ένα σωμάτιο, η ποσότητα Ψ 2 σε οποιοδήποτε σημείο, μας δίνει την πιθανότητα να βρίσκεται το σωμάτιο στο σημείο αυτό. Erwin Schrödinger: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1933

17 Η γάτα του Σρέντινγκερ

18

19 Paul Adrien Maurice Dirac: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1933 Carl David Anderson: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1936

20 Η ανακάλυψη των κουάρκ… Murray Gell-Mann: Νόμπελ Φυσικής 1969

21 Ταξινόμηση των σωματιδίων

22 Με παρόμοιο τρόπο, ο Ρώσος χημικός Μεντελέγιεφ το 1869 είχε κάνει μια ταξινόμηση των χημικών στοιχείων όταν παρατήρησε μια περιοδικότητα στις ιδιότητές τους και έφτιαξε τον Περιοδικό Πίνακα. Η περιοδικότητα στις ιδιότητες των ατόμων και υποατομικών σωματιδίων και στις δύο περιπτώσεις, μας έδωσε στοιχεία για τη δομή τους…

23 Ο γραμμικός επιταχυντής στο Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) των ΗΠΑ. Είναι μήκους περίπου 3 χιλιομέτρων και φτάνει σε ενέργειες περίπου 50 GeV. Έγιναν πολλά πειράματα σε επιταχυντές (SLAC-Καλιφόρνια, Fermilab- Σικάγο, CERN-Ελβετία) στα οποία επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη των κουάρκ. Fermilab

24 Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN

25 Το 1974 βρέθηκε το γοητευτικό (charm) και το 1977 το πυθμένιο (bottom). Το έκτο και τελευταίο κουάρκ, το κορυφαίο (top), ανακαλύφθηκε 20 χρόνια αργότερα στο Fermilab. Είναι ένας πραγματικός γίγαντας στον κόσμο των κουάρκ, περίπου φορές βαρύτερο από τα up και down! Τα κουάρκ δεν παρατηρούνται ελεύθερα, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με πολύ ισχυρές δυνάμεις.

26

27 Η συνηθισμένη ύλη γύρω μας αποτελείται κυρίως από 4 στοιχειώδη σωματίδια: Το πάνω κουάρκ, το κάτω κουάρκ, το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο του ηλεκτρονίου. Η συνηθισμένη ύλη γύρω μας αποτελείται κυρίως από 4 στοιχειώδη σωματίδια: Το πάνω κουάρκ, το κάτω κουάρκ, το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο του ηλεκτρονίου.

28

29 Πρωτόνιο και αντιπρωτόνιο

30 Όταν συγκρούονται πρωτόνια με αντιπρωτόνια παράγονται ζεύγη από κορυφαία κουάρκ (top quarks)

31 Το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) είναι μια θεωρία που περιγράφει τα συστατικά της ύλης και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Τα στοιχειώδη σωματίδια χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: Α) Τα σωματίδια δομής (φερμιόνια): κουάρκ και λεπτόνια και Β) Τα σωματίδια φορείς (μποζόνια): 8 γκλουόνια (ισχυρή αλληλεπίδραση), φωτόνιο (ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση), W +,W -,Z 0 (ασθενής αλληλεπίδραση) και βαρυτόνιο (βαρυτική αλληλεπίδραση). Οι δυνάμεις που εμφανίζονται στη Φύση οφείλονται σε ανταλλαγές των σωματιδίων αυτών. Το βαρυτόνιο δεν έχει ακόμα παρατηρηθεί σε κανένα εργαστήριο (ίσως γιατί δεν έχουμε ακόμα την κατάλληλη τεχνολογία, τα κατάλληλα «μικροσκόπια»… What a mess! A proton or a neutron is a nearly indecipherable tangle of quarks (purple), antiquarks (green), and gluons (squiggles)

32

33

34 Τα αδρόνια σχηματίζονται με συνδυασμούς κουάρκ: Τα βαρυόνια σχηματίζονται με συνδυασμό 3 κουάρκ ενώ τα μεσόνια με συνδυασμό 1 κουάρκ με 1 αντικουάρκ.

35

36 Πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν;

37

38

39 Στην κατάσταση αυτή τα κουάρκ ήταν ελεύθερα και μαζί με τα γκλουόνια και άλλα υποατομικά σωματίδια σχημάτιζαν μια καυτή «σούπα» πρωταρχικής ύλης. Καθώς το Σύμπαν κρύωνε, τα κουάρκ ενώθηκαν και σχημάτισαν σωματίδια σαν τα πρωτόνια και νετρόνια. Ένα από τα προβλήματα που απασχολούσε τους φυσικούς ήταν πώς τα σωματίδια αυτά απέκτησαν μάζα.

40 Τι είναι το μποζόνιο Higgs;

41 Ο θεωρητικός φυσικός και καθηγητής του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου Peter Higgs, το 1964 διατύπωσε τη θεωρία του, σύμφωνα με την οποία παντού στο Σύμπαν υπάρχει ένα πεδίο (πεδίο Higgs). Όπως ένα δοχείο με μέλι επιδρά σε μια σφαίρα που κινείται μέσα του και την επιβραδύνει, κατά ανάλογο τρόπο το πεδίο αυτό ασκεί δυνάμεις στα σωματίδια που κινούνται μέσα του, με αποτέλεσμα να αντιμετωπίζουν μια δυσκολία στην κίνησή τους αυτή, δηλαδή να αποκτούν μάζα. Το σωματίδιο που σχετίζεται με αυτή την αλληλεπίδραση (μέσω της οποίας αποκτούν μάζα τα σωματίδια) είναι ένα σωματίδιο, το σωματίδιο Higgs ή «σωματίδιο του Θεού», όπως συνηθίζεται να λέγεται.

42

43 LHC

44

45 Σωματίδιο Higgs

46 Θερμιδόμετρο

47 CMS

48 ATLAS

49

50

51 Υπάρχουν όμως πολλά ερωτήματα στα οποία το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν μπορεί να απαντήσει…

52

53

54

55

56 Απαντήσεις σε όλα αυτά και νέες ανακαλύψεις περιμένουμε από τα πειράματα που γίνονται στον LHC, εκεί όπου το ταξίδι στη διάσταση των στοιχειωδών σωματιδίων συνεχίζεται...

57 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Φυσική Halliday-Resnick CERN LHC the guide ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΕΣ INTERNET


Κατέβασμα ppt "Κατερίνα Αρώνη Δεκέμβριος 2012. Η αναζήτηση… Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος προσπαθούσε να ανακαλύψει τα δομικά συστατικά της ύλης. Ο Αριστοτέλης πίστευε."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google