Partikelfysik Flashcards
Hvad er en kvark?
Kvarkerne tæller seks af de tolv elementarpartikler.
Kvarkernes navne er:
u c t
d s b
Kvarker eksisterer kun sammen med andre kvarker:
I grupper af tre (hadroner) eller to (mesoner).
Hvad hedder de seks kvarker i standardmodellen?
Kvarkernes navne forkortes:
u c t
d s b
Up, down.
Charm, strange.
Top, bottom.
Hvad er forskellen på kvarkerne?
Kvarkernes navne forkortes:
u c t
d s b
Up, charm og top har ladning +2/3.
Down, strange og top har ladning -1/3.
Masserne vokser fra venstre mod højre:
Charm og top har størst masse.
Hvad hedder de to mest almindelige kvarker?
Up og down.
De indgår i opbygningen af protroner og neutroner.
Hvilke kvarker indgår i en proton?
Der er tre kvarker i en proton: Up, up, down.
På dansk:
Op, op, ned.
Huskeregel: Der er to o‘er i prot_o_n
Hvilke kvarker indgår i en neutron?
Der er tre kvarker i en neutron: Up, down, down.
På dansk:
Op, ned, ned
Huskeregel: Der er to n‘er i neutron.
Hvorfor har en proton ladning +e ?
- e* er elementarladningen:
- e* = 1,602 . 10-19 coulomb.
En proton består af tre kvarker:
uud
u-kvarker har hver ladning +2/3 e.
d-kvarken har ladning -1/3 e.
+2/3 e + 2/3 e - 1/3 e = +1 e
Hvorfor har en neutron ladning 0 C ?
En neutron består af tre kvarker:
udd
u-kvarken har ladning +2/3 e.
d-kvarker har hver ladning -1/3 e.
+2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0 C.
Hvad er en baryon?
En hadron med præcis tre kvarker.
Eksempelvis en proton (uud) eller en neutron (udd).
En antiproton eller antineutron er også baryoner:
uud og udd
Hvad er en meson?
En meson består af to kvarker:
En kvark og en antikvark.
Eksempelvis uu, ud eller s_s._
Der findes over 140 mesoner, men de eksisterer kun i kort tid. De længste levetider er under 1 µs.
Hvad er en hadron?
En partikel opbygget af to eller flere kvarker.
- Der findes flest baryoner, som består af tre kvarker.
- Du er opbygget af baryoner: Protoner og neutroner.
- Mesoner har to kvarker: Én kvark og én antikvark.
Man har observeret tetra- og pentakvarker, de såkaldte eksotiske hadroner: De har fire og fem kvarker.
Hvad er LHC-eksperimentet?
L.H.C. = Large Hadron Collider.
Den største partikelaccelerator i verden findes ved CERN i Schweiz. Omkredsen på acceleratoren er 27 km.
Protoner kolliderer med samlet energi på 13 TeV.
1 TeV = 1 terraelektronvolt = 1012 eV.
Hvad er en lepton?
Der findes seks leptoner.
Den mest almindelige er elektronen og dens antipartikel, positronen.
De “tunge” leptoner er elektron, muon og tauon:
e- µ- t-
De har hver en tilhørende neutrino:
ve vµ vt
Hvad er en boson?
En partikel med heltalligt spin.
Kraft-bærerne er alle bosoner.
Mesoner er alle bosoner.
Atomkernerne He-4 og Bly-208 er bosoner.
Hvad er en fermion?
En partikel med halv-talligt spin.
Fermioner opfylder Paulis udelukkelsesprincip.
Eksempelvis forklarer det
Elektroner, protoner og neutroner er fermioner.
Kvarker, leptoner og baryoner (qqq) er fermioner.
Hvilke kvarker kræver det, at “bygge” en neutron?
Én up-kvark.
To down-kvarker.
n = udd
Hvilke kvarker kræver det, at “bygge” en antineutron?
Én antiup-kvark.
To antidown-kvarker.
n = udd
Hvilke kvarker kræver det, at “bygge” en antiproton?
To antiup-kvarker.
Én antidown-kvark.
p = uud
Er en proton en elementarpartikel?
Nej.
Den er bygget af tre elementarpartikler.
De tre elementarpartikler er kvarkerne uud.
Er en neutron en elementarpartikel?
Nej.
Den er bygget af tre elementarpartikler.
De tre elementarpartikler er kvarkerne udd.
Er en elektron en elementarpartikel?
Ja.
Den tilhører familien a leptoner.
Der findes seks leptoner og seks antileptoner.
Er en elektronneutrino en elementarpartikel?
Ja.
Den tilhører familien a leptoner.
Der findes seks leptoner og seks antileptoner.
Har fotoner masse?
Nej.
Alle eksperimenter tyder på at massen er 0 MeV/c2.
Har kvarker masse?
Ja.
Det er svært at måle masserne, fordi kvarker findes i grupper.
De omtrentlige værdier for up og down kvarkerne:
- mu = 2,3 Mev/c*2.
- md = 4,8 MeV/c*2.
Elektronens masse er 1/4 af up-kvarken:
me = 0,511 MeV/c2.
Hvad er protonens hvilemasse?
mp = 938 MeV / c2.
eller
mp = 1,007 u.
1 u er én tolvtedel af massen af isotopen 12C (carbon=kulstof)
Hvad er neutronens hvilemasse?
mn = 940 MeV / c2.
eller
mn = 1,009 u.
Masseenheden “unit” er defineret som 1/12 af m(12C).
Hvad er elektronens hvilemasse?
me = 0,511 MeV / c2.
eller
mp = 0,00055 u = 5,5 . 10-4 u.
1 u er én 12’te del af massen af isotopen carbon-12.
Hvorfor er massen af protonen 1836 gange større end elektronens?
mp = 1836 me
Elektronen er en elementarpartikel uden udstrækning.
Protonen består af tre kvarker. Deres samlede masse er kun omkring 15 gange elektronen.
Den meget større masse skyldes kvarkernes store bindingsenergi og kinetiske energi.
Hvem tegnede Quark?
Peter Madsen.
Fra tegneserien og tegnefilmen “Valhalla”,
der omhandler to børns eventyr med de Nordiske Guder.
Hvor stammer navnet “en kvark” fra ?
Fra James Joyces drømmeagtige værk
“Finnegans Wake”,
skrevet fra 1922-1939.
I bogen findes udbruddet
“Three quarks for Muster Mark.”
I den oprindelige model, var der kun tre kvarker.
I standardmodellen beskrives kræfter som resultatet
af vekselvirkninger mellem elementarpartikler.
Hver kraft har en eller flere vekselvirkende partikler.
Nævn kraftbærernes navne!
Fotonen - den elektromagnetiske kraft.
De 8 gluoner - den stærke kernekraft.
W+ , W- og Z0 bosoner - den svage kernekraft.
I standardmodellen beskrives kræfter som resultatet
af vekselvirkninger mellem kraftbærende bosoner og elementarpartikler.
Hvilke bosoner påvirker hvilke partikler i standardmodellen?
Bosonernes navne er skrevet med fed skrift.
Foton - elektromagnetisk kraft - elektrisk ladede partikler.
8 gluoner - stærk kernekraft - kvarker.
W+ , W- og Z0 bosoner - svag kernekraft - leptoner og kvarker
Hvad er en alfa-kerne?
En alfa-kerne består af et almindeligt heliumatoms kerne.
Den består af to protoner og to neutroner.
Hvad er “et alfa-henfald” ?
Det er når en atomkerne udsender en alfa-partikel.
Alfa-partiklen har to protoner og to neutroner.
Der findes tre typer ß-henfald,
som alle skyldes den svage kernekraft.
Alle tre henfald inkluderer to hadroner: 1 neutron og 1 proton,
foruden to andre partikler, som er leptoner.
Beskriv de tre typer henfald.
ß- : n → p+ + e- + ve
neutron omdannes til 1 proton, 1 elektron + 1 elektron-antineutrino.
ß+ : p+ → n + e+ + ve
proton omdannes til 1 neutron, 1 positron + 1 elektron-neutrino.
EC: Electron Capture (elektron indfangning)
p+ + e- → n + ve
Hvad sker i et beta-plus henfald?
ß+ -henfald : p+ → n + e+ + ve
En proton omdannes til tre nye partikler:
1 neutron, 1 positron og 1 elektron-neutrino.
Den samlede elektriske ladning på højre og venstre side er +1 e.
Lepton-tallet er 0 på begge sider.
Hvad sker i et beta-minus henfald?
ß- -henfald : n → p+ + e<span>-</span> + ve
En neutron omdannes til tre nye partikler:
1 proton, 1 elektron og 1 elektron-antineutrino.
Den samlede elektriske ladning på højre og venstre side er 0 coulomb.
Lepton-tallet er 0 på begge sider.
Hvad sker i elektronindfangning,
en såkaldt “electron capture” (eng.) ?
En elektron fra de inderste elektron-orbitaler indfanges
i af en proton i atomkernen.
Protonen omdannes derved til en neutron:
p+ + e- → n + ve
Bemærk: Lepton-tallet er 1 på begge sider af reaktionen.
Ladningen er den samme på begge sider af reaktionen: 0 coulomb.
Fire størrelser af “bevaret” i alle typer henfald.
Hvilke fire?
0. Energien ( i form af både masse og kinetisk energi )
1. Ladnings-tallet, Q :
Elektroner = e- har ladning Q = -e ;
positroner (e+) og protoner (p+), har Q = +e
2. Lepton-tallet (e-, ve, har L = 1 og e+, ve har L = -1)
3. Baryon-tallet (n, p, har B = 1 og n, p har B = -1 )
Kan denne reaktion ske?
p –> p + p + n
“En proton med høj energi omdannes til to protoner og en neutron.”
Nej.
Ladningen er nemlig ikke “bevaret”:
Der er Qf = +e på venstre side og Qe = +2e på højre side!
Baryon-tallet her heller ikke bevaret: B = +1 og +3.
Hvad er lepton-tallet?
- Lepton-tallet er antallet af leptoner.
- Leptop-tallet regnes før og efter en reaktion.
- Lepton-tallet skal være ENS før og efter reaktionen.
- Elektroner og neutrinoer har lepton-tal L = 1.
- Antielektroner og antineutrinoer har L = -1.
Hvad er lepton-tallet før og efter reaktonen?
Før: Lfør = 0 Efter: Lefter = 0.
Elektronen er en lepton med Le = +1.
Antielektronen (positronen) er en antilepton med L_e_ = -1.
De to fotoner er ikke leptoner og har L = 0.
Hvad hedder de fire mest almindelige leptoner?
De fire mest almindelige leptoner er:
Elektronen og anti-elektronen (positronen): e-, e+
Neutrinoen og anti-neutrinoen: ve, ve.
Stregen under e og v viser, at det er anti-partikler.
Hvad går standardmodellen ud på i partikelfysik?
Det er en fysisk teori, som kan beskrive næsten alle de eksperimenter, som er udført med elementarpartikler.
Standardmodellen indeholder 24 elementarpartikler.
Der er 6 kvarker, 6 antikvarker.
Der er 6 leptoner og 6 antileptoner.
Hvad svarer massen 1 MeV/c2 til i SI-enheden kg ?
1 MeV/c2 = 1,8 . 10-30 kg
Hvad svarer massen 511 keV/c2 til i SI-enheden kg ?
511 keV/c2 = 0,911 . 10-30 kg
Hvad er masse af en proton i MeV/c2 ?
938 MeV/c2
En heliumkerne har massen 3727 MeV/c2.
Massen af to protoner og to neutroner er 7,8% større:
(2 x 938 + 2 x 940 ) MeV/c2 = 3756 MeV/c2.
Hvorfor?
Energien er gemt som bindingsenergi i form af gluoner (den stærke kernekraft).
En proton består af tre kvarker:
u u d
Summen af kvarkernes masse er
m = (2,3+2,3+4,8) MeV/c2 = 9,4 MeV/c2.
Men protonens masse er målt til at være 100 gange større: 938 MeV/c2.
Hvad er forklaringen?
Det meste af hadronernes masse findes i gluoner og mesoner.
