• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Kreacja par

    Przeczytaj także...
    Zasada zachowania energii – empiryczne prawo fizyki, stwierdzające, że w układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała (nie zmienia się w czasie). W konsekwencji, energia w układzie izolowanym nie może być ani utworzona, ani zniszczona, może jedynie zmienić się forma energii. Tak np. podczas spalania wodoru w tlenie energia chemiczna zmienia się w energię cieplną.Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος, nazwa stworzona przez Gilberta N. Lewisa) jest cząstką elementarną, nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy, są równocześnie falą elektromagnetyczną.
    Akcelerator – urządzenie służące do przyspieszania cząstek elementarnych lub jonów do prędkości bliskich prędkości światła. Cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym są przyspieszane w polu elektrycznym. Do skupienia cząstek w wiązkę oraz do nadania im odpowiedniego kierunku używa się odpowiednio ukształtowanego, w niektórych konstrukcjach także zmieniającego się w czasie, pola magnetycznego lub elektrycznego.

    Kreacja par (tworzenie par) – proces powstania pary cząstka-antycząstka z energii fotonu (lub innego neutralnego bozonu), jest procesem odwrotnym do anihilacji.

    Wyróżnia się dwie odmiany kreacji par: trwałą i wirtualną.

    Trwała kreacja cząstek[]

    Kreacja pary cząstka-antycząstka jest trwała, czyli powstałe cząstki istnieją po akcie kreacji dowolnie długo. W procesie takiej kreacji spełniona jest zasada zachowania energii, pędu i inne zasady zachowania. Zdarzenia takie można obserwować w procesach, w których oddziałujące cząstki mają dostatecznie wysoką energię, czyli np. w oddziaływaniu promieniowania kosmicznego z cząstkami atmosfery czy w akceleratorach.

    Kolor lub ładunek kolorowy – liczba kwantowa wprowadzona, by rozróżnić kwarki znajdujące się w tym samym stanie spinowym.Efekt Casimira – zjawisko fizyczne przyciągania pomiędzy dwiema pozbawionymi ładunku elektrycznego płytami wykonanymi z przewodnika spowodowane różnicą ciśnienia oddziałujących na nie cząstek wirtualnych. Pierwszy raz wystąpienie tego efektu w roku 1948 przewidział holenderski fizyk Hendrik B. G. Casimir pracujący w laboratoriach Philipsa.

    Przykładem jest powstanie pary mion-antymion w wyniku zderzenia elektron-pozyton:

    Pojawiający się w tej reakcji foton nie jest rzeczywistą cząstką – jest wirtualny, ponieważ przenosi pęd nie spełniający zasady zachowania pędu, co jest jednak zgodne z elektrodynamiką kwantową. Pary cząstek mogą powstawać nie tylko z fotonów, ale również z bozonów Z, jednak jest to proces występujący znacznie rzadziej. Gluony mogą również kreować pary, jednak w tym przypadku możliwa jest tylko kreacja par kwark-antykwark, z uwagi na niezerowy ładunek kolorowy niesiony przez gluony.

    Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.Kwark – cząstka elementarna, fermion mający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki, istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz sześć rodzajów antykwarków.

    Możliwa jest też kreacja rzeczywistych par cząstek naładowanych przez rzeczywiste fotony, pod dwoma warunkami

    1. energia fotonu musi być wyższa, niż suma mas kreowanych cząstek,
    2. w procesie uczestniczy dodatkowy obiekt, który przejmie nadmiar pędu, tak by spełnione były zasady zachowania pędu i energii.
    Schemat kreacji pary elektron-pozyton

    W praktyce kreacja par przez rzeczywiste fotony zachodzi zwykle w silnym zewnętrznym polu elektrycznym, najczęściej w polu jądra atomowego. Jądro (ogólniej źródło pola zewnętrznego) jest wówczas obiektem przejmującym nadmiar pędu. Przekrój czynny na taki proces rośnie szybko z ładunkiem elektrycznym jądra, czyli najłatwiej zachodzi on w ośrodku materialnym zawierającym duże ilości pierwiastków ciężkich.

    Pole elektryczne – stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu elektrycznym na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna.Promieniowanie kosmiczne – promieniowanie złożone, zarówno korpuskularne jak i elektromagnetyczne, docierające do Ziemi z otaczającej ją przestrzeni kosmicznej. Korpuskularna część promieniowania składa się głównie z protonów (90% cząstek), cząstek alfa (9%), elektronów (ok 1%) i nielicznych cięższych jąder. Promieniowanie docierające bezpośrednio z przestrzeni kosmicznej nazywamy promieniowaniem kosmicznym pierwotnym. Cząstki docierające do Ziemi w wyniku reakcji promieniowania kosmicznego pierwotnego z jądrami atomów gazów atmosferycznych, to promieniowanie wtórne.

    Prawdopodobieństwo zajścia procesu kreacji pary jest proporcjonalne do odwrotności kwadratu masy kreowanych cząstek. Oznacza to, że nawet jeżeli energia początkowa fotonu wystarcza na produkcję cząstek cięższych, zdecydowanie najczęściej produkowane są pary najlżejszych cząstek naładowanych, czyli pary elektron-pozyton. Zjawisko kreacji pary elektron-pozyton przez rzeczywisty foton w ośrodku materialnym bywa nazywane konwersją fotonu.

    Miony to nietrwałe cząstki elementarne należące do kategorii leptonów. Występują w dwóch stanach ładunkowych (będących wzajemnie antycząstkami) μ i μ. Masa mionu wynosi 105,66 MeV/c², gdzie c - prędkość światła w próżni, okres połowicznego zaniku jest równy 1,5 mikrosekundy (średni czas życia τ=2,2×10 s). Rozpadają się najczęściej na elektron, antyneutrino elektronowe oraz neutrino mionowe (µ odpowiednio na pozyton, neutrino elektronowe i antyneutrino mionowe). Należą do drugiej generacji cząstek elementarnych i wykazują pokrewieństwo z elektronem, tzn. posiadają takie same własności co elektron, z wyjątkiem około 207 razy większej masy.Zasada nieoznaczoności (zasada nieoznaczoności Heisenberga lub zasada nieokreśloności) − reguła, która mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.

    Kreacja cząstek wirtualnych[]

    Zasada nieoznaczoności pozwala na krótkotrwałe pojawienie się energii, która może wystąpić w postaci pary cząstka-antycząstka. Taka wirtualna para cząstek żyje przez czas ograniczony zasadą nieoznaczoności w postaci:

    gdzie:

    Prawdopodobieństwo – ogólne określenie jednego z wielu pojęć służących modelowaniu doświadczenia losowego poprzez przypisanie poszczególnym zdarzeniom losowym liczb, zwykle z przedziału jednostkowego (w zastosowaniach często wyrażanych procentowo), wskazujących szanse ich zajścia. W rozumieniu potocznym wyraz „prawdopodobieństwo” odnosi się do oczekiwania względem rezultatu zdarzenia, którego wynik nie jest znany (niezależnie od tego, czy jest ono w jakimś sensie zdeterminowane, miało miejsce w przeszłości, czy dopiero się wydarzy); w ogólności należy je rozumieć jako pewną miarę nieprzewidywalności.Czarna dziura – obszar czasoprzestrzeni, którego, z uwagi na wpływ grawitacji, nic, łącznie ze światłem, nie może opuścić. Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją "czarną", ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice. Mechanika kwantowa przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie jak ciało doskonale czarne o niezerowej temperaturze. Temperatura ta jest odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury, co sprawia, że bardzo trudno je zaobserwować w wypadku czarnych dziur o masie gwiazdowej bądź większych.
  • Δt – czas na jaki pojawia się energia
  • ΔE – ilość pojawiającej się energii
  • h – stała Plancka
  • Z powyższego wzoru wynika, że im masywniejsze są wirtualne cząstki, tym krócej żyją. Istnienie wirtualnych cząstek wyjaśnia niektóre zjawiska kwantowe.

    Doświadczalne występowania cząstek wirtualnych[]

    Nie istnieje możliwość bezpośredniej obserwacji powstających par wirtualnych cząstek, jednak istnieją pośrednie dowody zachodzenia tego zjawiska:

    Pęd w mechanice – wektorowa wielkość fizyczna opisująca mechanikę, a więc ruch i oddziaływania obiektu fizycznego. Pęd mogą mieć wszystkie formy materii, np. ciała o niezerowej masie spoczynkowej, pole elektromagnetyczne, pole grawitacyjne.Prawa zachowania – prawa fizyki stwierdzające, że w układach fizycznych izolowanych od otoczenia określone wielkości fizyczne pozostają stałe. Istnieją zarówno zasady zachowania obowiązujące bezwzględnie, jak i zasady zachowania słuszne tylko dla niektórych procesów.
  • efekt Casimira – przyciąganie dwóch stalowych płyt w próżni związane z rezonansem par,
  • czynnik Landego dla elektronu nie jest idealnie równy 2 z powodu oddziaływań z parami cząstka-antycząstka,
  • hipotetyczne promieniowanie Hawkinga jest spowodowane kreacją par na horyzoncie zdarzeń czarnej dziury.
  • Czynnik Landégo (czynnik g, czynnik żyromagnetyczny) – stała proporcjonalności pojawiająca się w związku pomiędzy momentem magnetycznym cząstki elementarnej a jej momentem pędu.Bozon Z (zeton) – cząstka elementarna pośrednicząca w oddziaływaniach słabych, wymieniana przez np. elektrony czy neutrina i inne cząstki oddziałujące poprzez oddziaływanie słabe podczas zderzeń. Jest obojętny elektrycznie, jako bozon podlega statystyce Bosego-Einsteina. Jego istnienie przewidziała teoria oddziaływań słabych. Bozon Z jest równocześnie swoją antycząstką. Okres półtrwania wynosi 3,20×10 sekundy.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Promieniowanie Hawkinga – teoria fizyczna brytyjskiego astrofizyka Stephena Hawkinga opublikowana w 1974 roku, z której wynika, że czarne dziury mogłyby emitować promieniowanie. Jak do tej pory takiej emisji nie udało się potwierdzić obserwacyjnie. Teoria ta łączy w sobie zupełnie różne opisy z zakresu ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej.
    Ładunek elektryczny ciała (lub układu ciał) – fundamentalna właściwość materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem. Oddziaływanie ładunku z polem elektromagnetycznym jest określone przez siłę Lorentza i jest jednym z oddziaływań podstawowych.
    Stała Plancka (oznaczana przez h) jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej.
    Elektrodynamika kwantowa (ang. QED – Quantum ElectroDynamics) jest to kwantowa teoria pola opisująca oddziaływanie elektromagnetyczne. Jest ona kwantowym uogólnieniem elektrodynamiki klasycznej. Elektrodynamika kwantowa wyjaśnia takie zjawiska jak rozszczepianie poziomów energetycznych atomu w polach elektrycznych i magnetycznych oraz zwiększanie się wówczas liczby linii widmowych.
    Jądro atomowe – konglomerat cząstek elementarnych będący centralną częścią atomu zbudowany z jednego lub więcej protonów i neutronów, zwanych nukleonami. Jądro stanowi niewielką część objętości całego atomu, jednak to w jądrze skupiona jest prawie cała masa. Przemiany jądrowe mogą prowadzić do wyzwolenia ogromnych ilości energii. Niewłaściwe ich wykorzystanie może stanowić zagrożenie.
    Atmosfera — gazowa powłoka otaczająca planetę o masie wystarczającej do utrzymywania wokół siebie warstwy gazów w wyniku działania grawitacji. Ta definicja stosuje się do planet skalistych i księżyców. W przypadku gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz, oraz gwiazd (por. atmosfera słoneczna) terminem atmosfery określa się tylko zewnętrzne (przezroczyste) warstwy gazowej powłoki, z których promieniowanie dociera bezpośrednio do obserwatora.
    Horyzont zdarzeń − w teorii względności sfera otaczająca czarną dziurę lub tunel czasoprzestrzenny, oddzielająca obserwatora zdarzenia od zdarzeń, o których nie może on nigdy otrzymać żadnych informacji. Innymi słowy, jest to granica w czasoprzestrzeni, po przekroczeniu której prędkość ucieczki dla dowolnego obiektu i fali przekracza prędkość światła. I żaden obiekt, nawet światło emitowane z wnętrza horyzontu, nie jest w stanie opuścić tego obszaru. Wszystko, co przenika przez horyzont zdarzeń od strony obserwatora, znika.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.025 sek.