Sekalaisia aiheita. Hiukkaskiihdyttimet ja uudet hiukkaset

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "Sekalaisia aiheita. Hiukkaskiihdyttimet ja uudet hiukkaset"

Transkriptio

1 Sekalaisia aiheita Hiukkaskiihdyttimet ja uudet hiukkaset Hiukkaskiihdyttimiä alettiin kehittää 1930-luvulla. Niiden ideana on kiihdyttää hiukkasia suuriin nopeuksiin ja antaa hiukkasten törmätä joko toisiinsa tai paikallaan oleviin kohteisiin. Kun hiukkaset törmäävät, ne samalla hidastuvat ja niiden vapautuvasta liike-energiasta voi syntyä uusia hiukkasia luvulla hiukkaskiihdyttimet alkoivat olla niin kehittyneitä, että niiden avulla pystyttiin tuottamaan uusia, ennen tuntemattomia hiukkasia. Tätä ennen kosmiset säteet olivat olleet tärkein hiukkasten lähde. Kehityksen mahdollisti valtion rahoituksen valtaisa lisääntyminen toisen Maailmansodan jälkeen, erityisesti Yhdysvalloissa, jonne fysiikan painopiste oli siirtynyt jo hieman ennen sotaa (aiemmin painopiste oli Euroopassa). Suuret laitteet tarvitsivat paljon rahaa. Kiihdyttimien kehityksen myötä kehittyivät myös menetelmät uusien hiukkasten havaitsemiseksi. (Uudet hiukkaset pitää myös havaita jollakin laitteella niiden syntymisen jälkeen. Kiihdyttimet vain kiihdyttävät ja törmäyttävät hiukkasia, eivät havainnoi niitä.) Näistä voidaan mainita kuplakammio (1952), jolla voidaan havaita kammion läpi kulkeneita sähköisesti varattuja hiukkasia niiden jättämien ratojen perusteella. 65

2 Kiihdyttimissä voidaan kiihdyttää vain sähköisesti varattuja hiukkasia, kuten elektroneja, protoneja tai niiden antihiukkasia (positroneja ja antiprotoneja). Hiukkasten kiihdyttämiseksi käytetään sähkökenttiä. Kiihdyttimiä on kahdenlaisia, lineaarisia (eli suoria) tai ympyränmuotoisia. Ympyränmuotoisissa kiihdyttimissä hiukkaset voivat kiertää kehää (periaatteessa rajoittamattoman pitkään) ja niille voidaan antaa lisäenergiaa kullakin kierroksella, jonka vuoksi niissä voidaan saavuttaa suurempia energioita. Lineaarisissa kiihdyttimissä hiukkasta voidaan kiihdyttää vain kiihdyttimen pituuden verran. Lineaarisissa kiihdyttimissä hiukkaset kulkevat suoraviivaisia ratoja. Eilineaarisissa hiukkasten ratojen täytyy kaareutua. Kaareuttamiseen käytetään magneettikenttiä, koska magneettikenttä muuttaa varatun hiukkasen nopeuden suuntaa (mutta ei sen suuruutta eli vauhtia). Sähkökentät hoitavat siis nopeuden lisäykset ja magneettikentät hoitavat suunnanmuutokset. 66

3 Ei-lineaariset kiihdyttimet soveltuvat huonosti keveille hiukkasille, kuten elektroneille ja positroneille, koska kaareva liike saa kaikki varatut hiukkaset menettämään energiaa sähkömagneettisena säteilynä. Säteilyn voimakkuus riippuu käänteisesti hiukkasen massasta (4. potenssista), joten keveät hiukkaset säteilevät huomattavasti enemmän kuin raskaammat joutuessaan kaarevaan liikkeeseen. Koska säteily on suoraan pois liikeenergiasta, tämä rajoittaa keveiden hiukkasten kiihdyttämistä suuriin energioihin ei-lineaarisilla kiihdyttimillä. Lineaarisissa kiihdyttimissä tätä ongelmaa ei ole ja siksi ne soveltuvat hyvin elektroneille ja positroneille. Ympyränmuotoiset kiihdyttimet (mm. CERNin LHC) soveltuvat esim. protoneille, koska protonit ovat huomattavasti ( 2000 kertaa) painavampia kuin elektronit ja ne menettävät siksi paljon vähemmän energiaa säteilynä. Ympyränmuotoisissa kiihdyttimissä päästään suurempiin energioihin kuin vastaavankokoisissa lineaarisissa kiihdyttimissä. Kun hiukkaset laitetaan törmäämään toisiinsa, niiden (suuri) liike-energia vapautuu ja menee muuhun käyttöön (koska energia ei häviä), lähinnä uusien hiukkasten tuottamiseen. 67

4 Suppean suhteellisuusteorian mukaan kaikkeen massaan sisältyy energiaa. (Massa on yksi energian ilmenemismuoto.) Jos energiaa on tarjolla, siitä voi syntyä uusia hiukkasia, mikäli energia riittää niiden massojen tuottamiseen. (Einsteinin kaava E=mc 2 kertoo, että m-massaisen hiukkasen tuottamiseen tarvitaan energiaa (E) vähintään mc 2, missä c on valonnopeus.) Kiihdyttimillä pystyttiin tuottamaan runsaasti (satoja) aiemmin tuntemattomia hiukkasia. Kävi selväksi, etteivät ne kaikki voineet olla alkeishiukkasia (eli ilman sisäistä rakennetta). Alettiin kehitellä malleja, jotka selittäisivät hiukkasten paljouden pienemmällä määrällä alkeellisempia hiukkasia. Kvarkkimallin kehittäminen 1960-luvulla antoi vastauksen hiukkasten paljouteen. Uudet hiukkaset ymmärrettiin kvarkkien erilaisina yhdistelminä. (Ne ovat tosin lyhytikäisiä, eivätkä siten muodosta pysyvää ainetta.) Sittemmin kiihdyttimillä on kokeellisesti vahvistettu myös kaikki standardimallin raskaat alkeishiukkaset kuten kvarkit (+gluonit), tau, W +, W - ja Z 0 -bosonit ja Higgsin bosoni. (Keveämmät löydettiin muuta kautta.) 68

5 Hiukkaskiihdyttimet (ja niihin liittyvät hiukkasilmaisimet) ovat olleet kokeellisesti merkittävin keino tutkia alkeishiukkasia ja niiden välisiä vuorovaikutuksia. Itse asiassa kiihdytinten kehittäminen ja hyödyntäminen 1930-luvulta lähtien muuttivat fysiikan painopisteen Euroopasta Yhdysvaltoihin. Sittemmin kokeellisen hiukkasfysiikan painopiste on siirtynyt takaisin Eurooppaan 1980-luvulla (erityisesti CERNin ansiosta), vaikkakin Yhdysvallat on yhä johtava maa fysiikassa yleisesti. 69

6 Ydinenergiasta Ydinvoima on energiantuotantomuoto, jossa hyödynnetään vapautuvaa energiaa, kun isot atomiytimet halkeavat pienemmiksi. Kaikki ihmisen kaupallisesti tuottama ydinenergia perustuu fissioon, jossa iso atomiydin (yleensä uraani) halkeaa pienemmiksi ytimiksi vapauttaen samalla energiaa. Energian vapautuminen perustuu siihen, että tulosytimien yhteenlaskettu massa on pienempi kuin lähtöytimen. Energiaa vapautuu massaeron verran, Einsteinin kuuluisan kaavan E=mc 2 mukaan (E=energia, m=massa, c=valonnopeus). Pienikin massaero tuottaa suuren määrän energiaa. Kaava kertoo samalla, että kaikki massa sisältää (suuren määrän) energiaa. Fissiopohjainen energiantuotanto tuottaa radioaktiivista jätettä, jonka varastointiongelmaa ei ole toistaiseksi ratkaistu tyydyttävästi. Uhkana on myöskin ydinonnettomuuden mahdollisuus. Toisaalta koko elinkaaren aikaiset hiilidioksidipäästöt ovat pieniä verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin. Wikipedian mukaan ydinvoimalla tuotettiin noin 6 % maailman energiankulutuksesta v

7 Toinen ydinenergian vapauttamismuoto on fuusio, jossa pienemmät ytimet (esim. vety) yhdistyvät suuremmiksi (esim. helium) vapauttaen samalla energiaa. Aurinko ja muut tähdet tuottavat energiansa fuusion kautta. Ihmiskunta ei ole vielä onnistunut valjastamaan fuusiota kaupalliseksi energiantuotantomuodoksi, pääosin siksi, että fuusioon vaadittavat lämpötilat ovat erittäin korkeita, 10 8 Kelviniä (eli sata miljoonaa astetta) ja reaktiopolttoaineen (vety) koossapito näissä olosuhteissa on haasteellista. Nykyisin testikäytössä olevilla fuusioreaktoreilla ei saavuteta vielä niin paljon energiaa, että ne tuottaisivat enemmän energiaa kuin mitä reaktion käynnistäminen vaatii. Ne eivät siis vielä ole käyttökelpoisia energiantuotantomenetelmiä. Fuusioreaktion lopputuote on heliumia, joka ei ole vaarallista, joten radioaktiivisen jätteen ongelmaa ei olisi. Toteutuessaan fuusio turvaisi ihmiskunnan energiansaannin käytännössä loputtomiin, koska lähtöaineita on runsaasti saatavilla esimerkiksi merivedestä. Fuusioreaktion käytännön ongelmat ovat kuitenkin niin vaikeita, että todellinen läpimurto näyttää aina olevan noin vuoden päässä. 71

8 Fysiikan kokeellis-teoreettisesta menetelmästä Fysiikka on kokeellis-teoreettinen luonnontiede. Se vaatii sekä kokeita, jotka tuottavat havaintoja maailmasta että teorioita, jotka yhdistävät kokeelliset havainnot yhtenäisiksi kokonaisuuksiksi. Hyvin harva nykyfyysikko on sekä kokeilija että teoreetikko. Kullakin fysiikan tutkimusalueella toki tarvitaan sekä kokeilijoita että teorian kehittäjiä. Kokeellisessa fysiikassa suunnitellaan ja tehdään mittauksia kaupallisesti saatavilla laitteilla tai kehitetään omia laitteita ja uusia (mittaus)menetelmiä. Mittaukset analysoidaan ja tulokset raportoidaan tieteellisissä lehdissä (melkein aina englanninkielisiä). Kokeellinen tutkimus pyrkii tuottamaan mittauskohdetta koskevia havaintoja. Teoreettisessa fysiikassa ei olla tekemisissä mittalaitteiden kanssa, mutta toki ollaan tietoisia kokeilijoiden saavuttamista havainnoista, jotka pyritään kokoamaan teorioiksi ja ymmärtämään osana suurempaa kokonaisuutta. Teoreettisista malleista johdetaan tuloksia tai jopa uusia ilmiöitä, joita kokeilijat voivat testata. Kokeiden ja teorian yhteispeli on fysiikan kulmakivi. (Sitä kutsutaan myös tieteelliseksi menetelmäksi.) 72

9 On joitakin teoreettisen fysiikan osa-alueita (kuten vaikkapa mustien aukkojen tutkimus) joista on vaikeaa tai mahdotonta saada suoraa kokeellista tietoa tai päästä suoraan tutkimaan kohdetta. Myöskin fysiikan perusteorioiden laajennukset ( uusi fysiikka) on alue, jossa liikutaan nykyisten kokeiden saavuttamattomissa. On huomionarvoista, että uusia teorioita ei tulla hyväksymään oikeiksi mikäli niille ei tulla saamaan kokeellista vahvistusta. Ne ovat tässä vaiheessa eräänlaisia mahdollisuuksia, eivät vahvistettua fysiikkaa. Cernin LHC:llä (Large Hadron Collider, käynnissä nykyisin) saatavat tulokset voivat antaa suuntaa uudelle fysiikalle. Mahdolliset havainnot auttavat kulkemaan oikeaan suuntaan ja hylkäämään sellaiset teoriat jotka ovat ristiriidassa havaintojen kanssa. Voi myös käydä niin, että havaintoja uusista ilmiöistä/hiukkasista ei saada. Tällöin voi olla hankala myöskään perustella tulevien laitteiden tarvetta. Tietokoneiden kehityksen myötä vaativien ennusteiden laskeminen teorioista on helpottunut. Tätä kutsutaan laskennalliseksi tutkimukseksi. (Joskus laskennallista tutkimusta kutsutaan jopa tieteen kolmanneksi tukipilariksi kokeiden ja teorian rinnalla.) 73

10 Fysiikan tutkimuksesta Fysiikka ei ole valmis ja sen vuoksi tarvitaan tieteellistä tutkimusta lisäämään tietoa maailmasta. Fysiikan tutkimusta tehdään erityisesti yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa. Osa on tietoa lisäävää perustutkimusta ja osa käytännön sovelluksiin tähtäävää tutkimusta. Fysiikan tutkimusta tehdään useimmiten tutkimusryhmissä, joiden koko vaihtelee muutamasta henkilöstä jopa satoihin. Tutkimusryhmä erikoistuu yleensä jollekin tietylle fysiikan alalle ja pyrkii olemaan tällä alalla maailman parhaimmistoa. Koska erikoistumisaloja on runsaasti (ja niitä tulee lisää), yksikään yliopisto tai tutkimuslaitos ei voi sisältää kaikkia mahdollisia fysiikan aloja. Yliopistoissa fysiikan tutkimusryhmien vetäjänä toimii yleensä professori (tai professoreja). Ryhmässä voi olla eritasoisia henkilöitä, kuten perustutkinto-opiskelijoita (ei vielä FM-tutkintoa), tohtorikoulutettavia (FM) ja tohtoreita (FT). (FM=filosofian maisteri, FT=filosofian tohtori.) Fysiikan tutkimusta voi siis päästä tekemään samalla kun opiskelee. 74

11 Ryhmät julkaisevat tutkimustuloksensa kansainvälisissä tieteellisissä lehdissä (lähes aina englanniksi). Julkaiseminen on tutkimuksen kulmakivi, koska se on keino saattaa tulokset muiden tutkijoiden nähtäville ja samalla muut tutkijat pääsevät arvioimaan tulosten luotettavuutta. He pystyvät myös toistamaan tulokset niin halutessaan. Näin tiede pyrkii olemaan avointa, perusteltua ja toistettavaa. Fysiikka ja tiede yleensäkin on kansainvälistä ja tutkijat käyvät usein konferensseissa ja tapaamisissa, jotka ovat hyvä keino tavata muita saman alan tutkijoita ja käydä mielenkiintoisia keskusteluja. Ryhmät tekevät usein kansainväistä yhteistyötä yhteisten tutkimusprojektien ja tutkijavierailujen muodossa. Fysiikan tutkimuksen tekeminen toimii kaikkialla lähes samalla tavalla ja sen vuoksi tutkimuksen tekeminen missä tahansa onnistuu (mikäli siis laitteet ja muut puitteet ovat kunnossa). Tutkijavierailuihin ja työskentelyyn ulkomailla kannustetaan, mikäli tavoitteena on yliopistoura fysiikan parissa. Nykyiset ja tulevat fysiikan edistysaskeleet ja läpimurrot tehdään todennäköisimmin juuri tutkimusryhmissä. Polku tieteen tekemisen maailmaan kulkee tutkimusryhmien kautta. Tämä kannattaa pitää mielessä erityisesti jos haluaa yliopistouralle. 75

12 Merkittäviä fyysikoita ja heidän saavutuksiaan Fysiikkaa voidaan hahmottaa myös merkittävien fyysikoiden saavutusten kautta, mikä täydentää aiemmin esillä ollutta (lyhyttä) fysiikan historiaa, jossa keskityttiin modernin fysiikan keksimiseen johtaneeseen kehityskulkuun. Arkhimedesta (n ekr.) voitaneen pitää ensimmäisenä fyysikkona. Keksi Arkhimedeen lain. Galileo Galilei ( ) otti käyttöön kokeellisen metodin ja esitti tuloksensa matemaattisesti, luoden näin tieteellisen menetelmän, joka on vieläkin fysiikan perusta. Isaac Newton ( ) kehitti liikkeen lakeina tunnetut Newtonin lait (3 kpl), Newtonin gravitaatiolakina tunnetun painovoimalain sekä vaikutti merkittävästi optiikan kehitykseen. Newtonia pidetään merkittävimpänä fyysikkona kautta aikojen Albert Einsteinin ohella. Kuva. Isaac Newton. Lähde: Wikipedia.

13 James Clerk Maxwell ( ) yhdisti sähköisten ja magneettisten ilmiöiden kuvailun yhtenäiseksi sähkömagneettisen kentän teoriaksi, jota kuvaavat Maxwellin yhtälöt. Myös valon ymmärrettiin olevan sähkömagneettista säteilyä. Max Planck ( ) onnistui kehittämään mustan kappaleen säteilylle oikean kaavan (v. 1900) olettamalla energian esiintyvän kvantittuneena (epäjatkuvana) suureena. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun idea kvantittumisesta nousi esiin ja se oli erityisen tärkeä teoreettinen virstanpylväs kehityksessä, joka huipentui kvanttimekaniikan syntymiseen. Planckille myönnettiin fysiikan Nobel 1918 energian kvantittumisen keksimisestä. James Clerk Maxwell. Lähde: Wikipedia. Max Planck. Lähde: Wikipedia. 77

14 Ernest Rutherford ( ) esitti, että atomissa täytyy olla pieni ydin, jonne lähes koko atomin massa on keskittynyt. Hän päätteli näin tekemänsä kokeen perusteella, jossa alfahiukkasia (He-ydin) ammutaan ohueen kultakalvoon ja katsotaan mitä tapahtuu. Ennen tätä uskottiin, että atomin massa on tasaisesti jakautunut koko atomiin ja siksi oletettiin alfahiukkasten menevän atomin läpi lähes suuntaansa muuttamatta. Aiemmin atomeissa ei siis uskottu olevan tiheitä massakeskittymiä, joista alfa-hiukkaset olisivat voineet muuttaa suuntaansa. Kuitenkin kokeessa havaittiin joidenkin alfa-hiukkasten muuttavan suuntaansa niin, että ne kimposivat jopa takaisin tulosuuntaansa. Kokeesta pääteltiin, että suurin osa atomin massasta on kerääntynyt samaan paikkaan. Näin nykyinen kuva atomin rakenteesta, jossa on pieni tiheä ydin, jonka ympärillä elektronit ovat, sai alkunsa. Kuva: Rutherfordin koe. Yllä aiempi atomin malli, jossa positiivinen varaus olisi tasaisesti levinnyt atomiin. Alla Rutherfordin hahmottelema malli. Nuolet kuvaavat alfahiukkasten ratoja. Lähde: Wikipedia. 78

15 Niels Bohr ( ) kehitti v Bohrin malliksi kutsutun puoliklassisen atomimallin, joka esitti elektronit kiertämässä ydintä määrätyillä radoilla. Malli onnistui vedyn spektrien taajuuksien selittämisessä hyvin. Bohrin johtamassa Teoreettisen Fysiikan Instituutissa vieraili tai sai oppinsa suuri osa aikansa parhaista fyysikoista, mm. Werner Heisenberg, joka ensimmäisenä kehitti kvanttimekaniikan. Bohr oli muille fyysikoille oppi-isä ja näkyvä auktoriteetti kvanttimekaniikkaan liittyvissä asioissa. Hänen Albert Einsteinin kanssa käymänsä väittelyt kvanttimekaniikan filosofiasta ovat fysiikan kansanperinnettä. Bohr sai Nobelin fysiikan palkinnon 1922 atomien rakenteen ja niiden lähettämän säteilyn tutkimisesta. 79

16 Albert Einstein ( ) kehitti sekä suppeamman että yleisen suhteellisuusteorian, joista molemmat yksinäänkin olisivat uraauurtavia. Tämän lisäksi hän antoi selityksen valosähköiselle ilmiölle ja Brownin liikkeelle. Muista fyysikoista poiketen Einstein ei koskaan hyväksynyt kvanttimekaniikkaa ja erityisesti siihen liittyviä todennäköisyyksiä. Hän ilmeisesti ajatteli, että täytyy olla jokin syvempi todellisuus, joka käyttäytyy klassisella tavalla (ennustettavasti). Kuuluisissa väittelyissään Bohrin kanssa Einstein esitteli monia ajatuskokeita, joilla hän pyrki osoittamaan kvanttimekaniikan vääräksi. Bohr onnistui kuitenkin kumoamaan nämä väitteet yksi toisensa perään. Korostetaan vielä, että kvanttimekaniikan (tai laajemmin kvanttifysiikan) ennusteiden kanssa ristiriidassa olevia kokeellisia havaintoja ei ole koskaan löydetty. Sellaisen löytyminen olisi ehkäpä fysiikan historian suurin sensaatio. Huolimatta epäilevästä suhtautumisestaan kvanttimekaniikkaan, Einsteinia pidetään Newtonin ohella historian suurimpana fyysikkona. Einstein palkittiin fysiikan Nobelilla 1921 palveluksistaan teoreettiselle fysiikalle ja erityisesti valosähköisen ilmiön lain löytämisestä. 80

17 Werner Heisenberg ( ) kehitti ensimmäisenä kvanttimekaniikan. Ilmeisesti aika oli kypsä kvanttimekaniikalle, sillä useat henkilöt (Schrödinger, Dirac) julkaisivat lyhyen ajan sisään omia versioitaan kvanttimekaniikasta. Pian huomattiin, että erilaisista esitystavoista huolimatta ne olivat keskenään ekvivalentteja eli ennustivat samat asiat. Kvanttimekaniikalla on siis useita (matemaattisesti) samanarvoisia muotoiluja. (Heisenbergin muotoilu perustui matriiseille, mutta yleensä ensimmäiseksi esitellään funktioihin ( aaltofunktio ) perustuva muotoilu, koska se on helpommin hahmotettavissa.) Heisenberg kehitti myös kvanttimekaniikassa käytettävän Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen. Hän sai fysiikan Nobelin (v. 1932) kvanttimekaniikan kehittämisestä. 81

18 Erwin Schrödinger ( ) kehitti (aalto)funktioihin perustuvan kvanttimekaniikan esitystavan v Kvanttimekaniikan perusyhtälö on nimetty hänen mukaansa Schrödingerin yhtälöksi. Schrödingerin kehittämä menetelmä perustui fyysikoille tuttuihin käsitteisiin (funktiot, derivointi, ), mikä helpotti sen omaksumista. (Toisinaan Schrödingerin menetelmästä käytetään nimistystä aaltomekaniikka, koska siinä keskeinen objekti on "aaltofunktio.) Koska kvanttimekaniikassa on kysymys uudenlaisista perusperiaatteista, joiden ennuste- ja selityskyky atomifysiikan ilmiöissä oli vertaansa vailla, se hyväksyttiin käytännössä välittömästi ja sitä alettiin soveltamaan kaikkiin mahdollisiin tilanteisiin. Schrödinger palkittiin uusista, hedelmällisistä atomiteorian muotoiluista fysiikan Nobelilla 1933, yhdessä Paul Diracin kanssa. 82

19 Paul Dirac ( ) kehitti kvanttimekaniikasta uuden, yleisen, matemaattisesti elegantin muotoilun, jonka ansiosta aiempien muotoilujen erot menettivät merkitystään. Hän jakoi tästä fysiikan Nobelin 1933 Schrödingerin kanssa. Yllä mainitut kvanttimekaniikan muotoilut eivät sisällä suppeamman suhteellisuusteorian vaatimuksia eli eivät toimi suurilla energioilla. Dirac pyrki yhdistämään suppean suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan. Tuloksena oli Diracin yhtälö, joka sallii hiukkasille suuret energiat ja se ennusti mm. antihiukkasten olemassaolon. 83

20 Välihuomioita Välihuomautuksena voidaan todeta, että kvanttimekaniikan synty tapahtui Euroopassa. Tuolloin Eurooppa, ja varsinkin Saksa, oli vielä fysiikan keskus. Kvanttimekaniikka huomattiin heti hyvin tehokkaaksi keinoksi atomimaailman ilmiöiden kuvailuun ja sitä sovellettiin nopealla tahdilla lukuisiin tilanteisiin. Koska tiedonkulku mantereiden välillä oli hidasta ja saksalaiset lehdet (saksaksi) olivat pääasiallinen julkaisufoorumi, amerikkalaiset fyysikot joutuivat odottamaan uusimpia tietoja yli kuukauden, joka oli juuri tuossa hektisessä vaiheessa liian kauan, jotta he olisivat ehtineet mukaan kehityksen ensimmäiseen aaltoon. Kuitenkin varsin pian amerikkalainen fysiikka, joka keskittyi käytännön tuloksiin eikä juuri välittänyt esimerkiksi filosofoinnista tai kvanttimekaniikan tulkinnoista, nousi johtavaan asemaan fysiikan maailmassa 1930-luvulla. Toinen kiintoisa seikka on kvanttimekaniikan kehittäjien nuori ikä. Sen pääkehittäjät olivat vuotiaita, paitsi Schrödinger, joka oli hieman alle 40-vuotias. (Ehkäpä nuoret sukupolvet pystyivät omaksumaan helpommin vallankumoukselliset uudet ideat, joita tarvittiin uusien luonnonlakien löytämiseksi.) 84

21 Ennen kvanttimekaniikan kehittämistä (1925) fysiikan kokeellinen puoli oli teoreettista huomattavasti edellä. Oli paljon kokeellista dataa, jota ei oltu pystytty (teoreettisesti) järjestämään ymmärrettäväksi kokonaisuudeksi. Kvanttimekaniikka muutti asian. Sen avulla atomimaailman ilmiöille saatiin luja teoreettinen pohja, jonka avulla pystyttiin ymmärtämään vanhoja ja ennustamaan uusia ilmiöitä. Samalla luotiin täysin uusia fysiikan alueita, kuten ydin- ja hiukkasfysiikka. [Alkeishiukkasfysiikassa sama toistui 1950-luvulla kun hiukkaskiihdyttimillä löydettiin suuri määrä uusia aiemmin tuntemattomia hiukkasia. Tällöinkin kokeet olivat selkeästi teoriaa edellä, koska ei ymmärretty uusien hiukkasten merkitystä. Standardimalli (ja sen osa kvarkkimalli) muutti tilanteen teorian eduksi. Sen viimeinen hiukkasennuste Higgsin bosoni (joka ennustettiin noin 50 vuotta sitten) löydettiin vasta nyt ( ). Lisäksi on olemassa suuri määrä teorioita ennustamassa ja ennakoimassa uutta fysiikkaa, jonka oikeellisuuden arvioimiseksi tarvittaisiin kokeita. ] 85

22 (Seuraavat kolme sivua sisältävät suhteellisen vaikeaa asiaa, jonka tarkoituksena on tarjota yleiskuva miten vuorovaikutuksia kuvaavat teoriat kehittyivät. Yksityiskohtia ei tarvitse muistaa kokeessa.) Aiemmin mainitulla Diracin yhtälöllä ymmärrettiin aineellisten hiukkasten (esim. elektronien) käytös mikromaailmassa. Samalla alettiin kiinnittää entistä enemmän huomiota vuorovaikutusten tarkempaan kuvailuun. Atomien tavanomaisten ilmiöiden käsittelyyn riittävässä (epärelativistisessa) kvanttimekaniikassa hiukkasten väliset (sähkömagneettiset) vuorovaikutukset otetaan huomioon potentiaaleilla, jotka ovat samanlaisia kuin klassisessa fysiikassa. (Potentiaaleista voidaan klassisessa sähkömagnetismissa laskea vaikkapa sähkökenttä, josta vuorostaan voidaan laskea hiukkaseen vaikuttava sähköinen voima.) Tämä tahtoo sanoa, että vaikka hiukkaset käsiteltiin kvanttimekaanisesti, niiden välisiä vuorovaikutuksia kuvattiin edelleen klassisilla käsitteillä. Havaittiin, että tarkempi vuorovaikutusten kuvailu vaatisi myös itse vuorovaikutusten kvantittamista. 86

23 Tuossa vaiheessa tunnettiin vain sähkömagneettinen ja gravitaatiovuorovaikutus. Koska gravitaatio on äärimmäisen heikko voima mikromaailmassa, ainoa tarvittava voima oli siis sähkömagneettinen vuorovaikutus. Pyrittiin siis kvantittamaan klassinen sähkömagneettinen vuorovaikutus tai toisin sanoen kvantittamaan klassinen sähkömagneettinen kenttä. Erikoistapauksena voidaan ajatella pelkkää sähkökenttää (joka aiheuttaa voiman vaikkapa protonin ja elektronin välille vetyatomissa). Itse prosessiin ei ole syytä syventyä, koska se tuotti fyysikoillekin pitkään suuria ongelmia. Käytännössä tässä on kysymys siitä miten (klassisesti kuvatulle) sähkömagneettiselle kentälle annetaan hiukkasominaisuuksia, eli miten kentän voidaan ymmärtää koostuvan fotoneista. Tällöin vuorovaikutukset voidaan ymmärtää (virtuaalisten) fotonien vaihtona. Kun kenttä kvantitettiin, ongelmaksi muodostuivat käytännön laskuihin ilmaantuvat äärettömät suureet. Näitä ilmeni esim. vuorovaikutuksen välittymismekanismissa kun virtuaalinen fotoni muuttuu virtuaaliseksi hiukkas-antihiukkaspariksi ja takaisin virtuaaliseksi fotoniksi. Prosessi voi tapahtua äärettömän monella eri tavalla johtaen äärettömyyksiin laskuissa. 87

24 Ongelmat ratkesivat vasta sodan jälkeen (kun suurella osalla fyysikoita oli taas aikaa paneutua tieteellisiin ongelmiin). Äärettömyyksiä vastaan kehitettiin tekniikka nimeltä renormalisaatio, jossa tavallaan annetaan äärettömien suureiden kumota toisensa, jolloin saadaan äärellinen tulos. Näin saatiin sähkömagneettisen kentän kvanttiteoria, kvanttielektrodynamiikka (QED, quantum electrodynamics). Vaikka renormalisaatio voi olla matemaattisesti epämääräistä, sen avulla saadaan erinomaisia laskennallisia ennusteita. QED on fysiikan tarkin teoria ja sen eräät ennusteet ovat mittausten kanssa sopusoinnussa yli 10 merkitsevän numeron tarkkuudella. Tarkkuus on hämmästyttävä. QEDiä mallina käyttäen saatiin myöhemmin muotoiltua myös värivuorovaikutusta kvarkkien välillä kuvaava kvanttikromodynamiikka (QCD, quantum chromodynamics). Heikko voima ja sähkömagneettinen vuorovaikutus on sittemmin pystytty yhdistämään yhden teorian alle niin kutsutuksi sähköheikkovoimaksi. Fyysikot haluaisivat lopulta kehittää yhden ainoan teorian, joka yhdistäisi kaikki neljä tunnettua vuorovaikutusta. Tämä olisi ns. Kaiken Teoria. 88

25 Richard Feynman ( ) oli yksi kvanttielektrodynamiikan kehittäjistä. Hänen kehittämänsä Feynmanin diagrammit ovat laajassa käytössä varsinkin hiukkasfysiikassa ja ne kuvaavat minkälaisia perusprosesseja vuorovaikutukseen voi sisältyä. Feynman on yksi tunnetuimpia sodanjälkeisen ajan fyysikoita. Hänen kirjalliseen tuotantoonsa fysiikkaan liittyen kannattaa tutustua. Hän sai fysiikan Nobelpalkinnon 1965, yhdessä muiden QED:tä kehittäneiden fyysikoiden (Schwinger ja Tomonaga) kanssa. 89

26 Murray Gell-Mann (1929-) kehitti kvarkkimallin 1964, jolla selitettiin hiukkaskiihdyttimillä havaitut sadat uudet hiukkaset kvarkkien erilaisina yhdistelminä. Hän sai fysiikan Nobelin 1969 alkeishiukkasten ja niiden vuorovaikutusten luokittelusta. Steven Weinberg (1933-) yhdisti (Abdus Salamin ja Sheldon Glashow n kanssa) heikon ja sähkömagneettisen vuorovaikutuksen saman teorian alle, josta hän jakoi fysiikan Nobelin 1979 yllä mainittujen henkilöiden kanssa. Peter Higgs (1929-) ehdotti massan selittävää mekanismia 1960-luvulla ja hänen mukaansa on nimetty mekanismin välittäjänä toimiva Higgsin bosoni. Hänelle myönnettiin fysiikan Nobel v yhdessä Francois Englertin (1932-) kanssa tästä teoreettisesta ennusteesta. 90

27 Tämän hetken muita tunnettuja teoreettisia fyysikoita ovat esim. Stephen Hawking (1942-) sekä Edward Witten (1951-). Hawking on työskennellyt kosmologisten ongelmien parissa ja kirjoittanut fysiikan populaariteoksia, kuten Ajan lyhyt historia. Witten on uuden fysiikan, säieteorioiden, supersymmetrian ja kvanttigravitaation tutkija. Toki pitää taas muistaa, että tällaista uutta fysiikkaa ei ole vahvistettu kokeellisesti. Henkilöiden esittelyssä painotus on ollut teoreettisella puolella ja lähes jokainen esitellyistä on ollut teoreettinen fyysikko. Osasyynä tähän on tämän kurssin aihealueen painottuminen hiukkasfysiikkaan, jossa kokeelliset löydöt ovat hiukkaskiihdytinten myötä olleet suuren joukon yhteistyötä, jolloin yksittäistä henkilöä ei voi nostaa muiden yläpuolelle. Teoreettiset läpimurrot taasen ovat olleet lähinnä yksittäisten henkilöiden saavutuksia. Kvanttimekaniikan syntyyn vaikuttaneiden henkilöiden jälkeen painotus on ollut alkeishiukkasfysiikassa, joka ei tietenkään ole sama kuin koko fysiikka. Hiukkasfysiikka on kuitenkin fysiikan syvällisin osa-alue, koska siellä mennään niin syvälle kuin mahdollista tiedon etsinnässä. Hiukkasfysiikka kertoo mitä tiedemiehet ovat saaneet selville luonnon perimmäisestä toiminnasta tähän mennessä. 91

28 Monia muitakin kiintoisia fysiikan aloja ja ihmisiä voisi esitellä, kuten esimerkiksi John Bardeen ( ), joka on ainoa henkilö joka on saanut fysiikan Nobelin kahdesti, 1956 transistorin keksimisestä ja 1972 suprajohtavuuden teorian kehittämisestä. Tai Marie Curie ( ), joka sai fysiikan Nobelin 1903 radioaktiivisuuden tutkimuksista sekä kemian Nobelin 1911 radiumin ja poloniumin löytämisestä ja radiumyhdisteiden tutkimuksista. Myös kokeelliselta puolelta voisi mainita vaikkapa Charles Wilsonin ( ), joka kehitti hiukkasten havaintolaitteita (sumukammion) ja sai fysiikan Nobelin 1927 ja Ernest Lawrencen ( ), joka kehitti hiukkaskiihdyttimiä (syklotronit) ja sai tästä Nobelin Kaikkien kiinnostavien osa-alueiden pioneereja ei voi tässä mainita. Fysiikka kokonaisuutena on laaja tieteenala ja fyysikkoyhteisö on laajentunut valtavasti 100 vuodessa. Vuonna 1900 se oli n. 1500, kun 1990-luvulla se oli n , noin satakertainen määrä. 92

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi 8. Hiukkasfysiikka Hiukkasfysiikka kuvaa luonnon toimintaa sen perimmäisellä tasolla. Hiukkasfysiikan avulla selvitetään maailmankaikkeuden syntyä ja kehitystä. Tutkimuskohteena ovat atomin ydintä pienemmät

Lisätiedot

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta Teoreetikon kuva Teoreetikon kuva hiukkasten hiukkasten maailmasta maailmasta ja ja maailmankaikkeudesta maailmankaikkeudesta Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Lapua 5. 5. 2012 Miten

Lisätiedot

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Tampere 14.12.2013 Higgsin bosoni Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Perustutkimuksen tavoitteena on löytää vastauksia! yksinkertaisiin peruskysymyksiin. Esimerkiksi: Mitä on massa?

Lisätiedot

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1 Mistä aine koostuu? - kaikki aine koostuu atomeista - atomit koostuvat elektroneista, protoneista ja neutroneista - neutronit ja protonit koostuvat pienistä hiukkasista, kvarkeista Alkeishiukkaset - hiukkasten

Lisätiedot

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén CERN = maailman suurin hiukkastutkimuslaboratorio Sveitsin ja Ranskan rajalla,

Lisätiedot

Atomimallit. Tapio Hansson

Atomimallit. Tapio Hansson Atomimallit Tapio Hansson Atomin käsite Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Filosofi Demokritos päätteli (n. 400 eaa.), että äärellisen maailman tulee koostua äärellisistä, jakamattomista hiukkasista

Lisätiedot

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Atomi Aine koostuu molekyyleistä Atomissa on ydin ja fotonien ytimeen liittämiä elektroneja Ytimet muodostuvat

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria

Lisätiedot

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Aineen olemuksesta Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Miten käsitys aineen perimmäisestä rakenteesta on kehittynyt aikojen kuluessa? Mitä ajattelemme siitä nyt? Atomistit Loogisen päättelyn

Lisätiedot

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Modernin fysiikan sukupuu Klassinen mekaniikka

Lisätiedot

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa SUPER- SYMMETRIA Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa Teemu Löyttinen & Joni Väisänen Ristiinan lukio 2008 1. Sisällysluettelo 2. Aineen rakenteen standardimalli

Lisätiedot

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Fysiikka 8. Aine ja säteily Fysiikka 8 Aine ja säteily Sähkömagneettinen säteily James Clerk Maxwell esitti v. 1864 sähkövarauksen ja sähkövirran sekä sähkö- ja magneettikentän välisiä riippuvuuksia kuvaavan teorian. Maxwellin teorian

Lisätiedot

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa Tapio Hansson Laskentoa SI-järjestelmä soveltuu hieman huonosti kvantti- ja hiukaksfysiikkaan. Sen perusyksiköiden mittakaava

Lisätiedot

Hiukkasfysiikka. Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto

Hiukkasfysiikka. Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Hiukkasfysiikka Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Nobelin palkinto hiukkasfysiikkaan 2013! Robert Brout (k. 2011), Francois Englert, Peter

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria

Lisätiedot

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista K. Kajantie keijo.kajantie@helsinki.fi Tampere, 14.12.2008 Fysiikan (teoreettisen) professori, Helsingin yliopisto, 1970-2008

Lisätiedot

CERN-matka

CERN-matka CERN-matka 2016-2017 UUTTA FYSIIKKAA Janne Tapiovaara Rauman Lyseon lukio http://imglulz.com/wp-content/uploads/2015/02/keep-calm-and-let-it-go.jpg FYSIIKKA ON KOKEELLINEN LUONNONTIEDE, JOKA PYRKII SELITTÄMÄÄN

Lisätiedot

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa Kari Rummukainen Mitä hiukkasfysiikka tutkii? Mitä Oulussa tutkitaan? Opiskelu ja sijoittuminen työelämässä Teoreettinen fysiikka: työkaluja

Lisätiedot

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson Hiukkasfysiikkaa Tapio Hansson Aineen Rakenne Thomson onnistui irrottamaan elektronin atomista. Rutherfordin kokeessa löytyi atomin ydin. Niels Bohrin pohdintojen tuloksena elektronit laitettiin kiertämään

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Kati Lassila-Perini Fysiikan tutkimuslaitos Miksi hiukkasia kiihdytetään? Miten hiukkasia kiihdytetään? Mitä törmäyksessä tapahtuu? Miten hiukkasia mitataan? Esitys hiukkasfysiikan

Lisätiedot

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Modernin fysiikan sukupuu Klassinen mekaniikka

Lisätiedot

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA ja KVANTTITEORIA 1 MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA Fysiikka WYP2005 ja KVANTTITEORIA 24.1.2006 WYP 2005

Lisätiedot

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä Tämä on teoreettisen fysiikan professori Erkki Thunebergin virkaanastujaisesitelmä, jonka hän piti Oulun yliopistossa 8.11.2001. Esitys on omistettu professori

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Kati Lassila-Perini Fysiikan tutkimuslaitos Miksi hiukkasia kiihdytetään? Miten hiukkasia kiihdytetään? Mitä törmäyksessä tapahtuu? Miten hiukkasia mitataan? Esitys hiukkasfysiikan näkökulmasta, vastaavia

Lisätiedot

KVANTTITELEPORTAATIO. Janne Tapiovaara. Rauman Lyseon lukio

KVANTTITELEPORTAATIO. Janne Tapiovaara. Rauman Lyseon lukio KVANTTITELEPORTAATIO Janne Tapiovaara Rauman Lyseon lukio BEAM ME UP SCOTTY! Teleportaatio eli kaukosiirto on scifi-kirjailijoiden luoma. Star Trekin luoja Gene Roddenberry: on huomattavasti halvempaa

Lisätiedot

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski LHC -riskianalyysi Emmi Ruokokoski 30.3.2009 Johdanto Mikä LHC on? Perustietoa ja taustaa Mahdolliset riskit: mikroskooppiset mustat aukot outokaiset magneettiset monopolit tyhjiökuplat Emmi Ruokokoski

Lisätiedot

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Kvanttimeri - Kvanttimaailma väreilee (= kvanttifluktuaatiot eli kvanttiheilahtelut) sattumalta suuri energia (tyhjiöenergia)

Lisätiedot

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN 17. helmikuuta 2011 ENERGIA JA HYVINVOINTI TANNER-LUENTO 2011 1 Mistä energiaa saadaan? Perusenergia sähkö heikko paino vahva

Lisätiedot

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Kvanttifysiikan perusteet 2017 Kvanttifysiikan perusteet 207 Harjoitus 2: ratkaisut Tehtävä Osoita hyödyntäen Maxwellin yhtälöitä, että tyhjiössä magneettikenttä ja sähkökenttä toteuttavat aaltoyhtälön, missä aallon nopeus on v = c.

Lisätiedot

Osassa 1 käsiteltiin siirtymää klassisesta fysiikasta moderniin fysiikkaan, fysiikan suhdetta muihin tieteenaloihin ja roolia tieteellisessä

Osassa 1 käsiteltiin siirtymää klassisesta fysiikasta moderniin fysiikkaan, fysiikan suhdetta muihin tieteenaloihin ja roolia tieteellisessä Yhteenveto Tällä kurssilla on keskitytty fysiikan suuriin linjoihin ja pyritty antamaan yleiskuvaa mitä fysiikka pitää sisällään. Kurssin punaisena lankana on ollut siirtyminen klassisesta 1800-luvun fysiikasta

Lisätiedot

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus Hyvä käyttäjä! Tämä pdf-tiedosto on ladattu Tieteen Kuvalehden verkkosivuilta (www.tieteenkuvalehti.com). Tiedosto on tarkoitettu henkilökohtaiseen käyttöön, eikä sitä saa luovuttaa kolmannelle osapuolelle.

Lisätiedot

Higgsin bosonin etsintä CMS-kokeessa LHC:n vuosien 2010 ja 2011 datasta CERN, 13 joulukuuta 2011

Higgsin bosonin etsintä CMS-kokeessa LHC:n vuosien 2010 ja 2011 datasta CERN, 13 joulukuuta 2011 Higgsin bosonin etsintä CMS-kokeessa LHC:n vuosien 2010 ja 2011 datasta CERN, 13 joulukuuta 2011 Higgsin bosoni on ainoa hiukkasfysiikan standardimallin (SM) ennustama hiukkanen, jota ei ole vielä löydetty

Lisätiedot

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3) + 3 ATOMIN MALLI 3.1 Varhaiset atomimallit (1/3) Thomsonin rusinakakkumallissa positiivisesti varautuneen hyytelömäisen aineen sisällä on negatiivisia elektroneja kuin rusinat kakussa. Rutherford pommitti

Lisätiedot

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA KVANTTITEORIA 1 MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA Fysiikka KVANTTITEORIA Metso Tampere 13.11.2005 MODERNI

Lisätiedot

Fysiikan nykytila ja saavutukset

Fysiikan nykytila ja saavutukset Fysiikan nykytila ja saavutukset Jako osa-alueisiin Nykyfysiikan jako pääaloihin voidaan tehdä sen perusteella mitä fysiikassa tällä hetkellä tutkitaan aktiivisesti (eli tutkimuskohteen mukaan). Näitä

Lisätiedot

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen:

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkaset Alkeishiukkaset Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkasiin lasketaan perushiukkaset (fermionit) ja alkeishiukkasbosonit. Ne ovat nykyisen tiedon mukaan jakamattomia hiukkasia. Lisäksi

Lisätiedot

Tiede ja usko KIRKKO JA KAUPUNKI 27.2.1980

Tiede ja usko KIRKKO JA KAUPUNKI 27.2.1980 Tiede ja usko Jokaisen kristityn samoin kuin jokaisen tiedemiehenkin velvollisuus on katsoa totuuteen ja pysyä siinä, julistaa professori Kaarle Kurki-Suonio. Tieteen ja uskon rajankäynti on ollut kahden

Lisätiedot

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014 Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014 CERN ja LHC LHC-kiihdytin ja sen koeasemat sijaitsevat 27km pitkässä tunnelissa noin 100 m maan alla Ranskan ja Sveitsin raja-alueella.

Lisätiedot

7A.2 Ylihienosilppouma

7A.2 Ylihienosilppouma 7A.2 Ylihienosilppouma Vetyatomin perustilan kentän fotoni on λ 0 = 91,12670537 nm, jonka taajuus on f o = 3,289841949. 10 15 1/s. Tämä spektriviiva on kaksoisviiva, joiden ero on taajuuksina mitattuna

Lisätiedot

Suomalainen tutkimus LHC:llä. Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos

Suomalainen tutkimus LHC:llä. Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos Suomalainen tutkimus LHC:llä Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos 2.12.2009 Mitä hiukkasfysiikka tutkii? Hiukkasfysiikka tutkii aineen pienimpiä rakennusosia ja niiden välisiä vuorovaikutuksia.

Lisätiedot

Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta

Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta CMS-koe CERN 4. heinäkuuta 2012 Yhteenveto CERNin Large Hadron Collider (LHC) -törmäyttimen Compact Muon Solenoid (CMS) -kokeen tutkijat ovat tänään julkistaneet

Lisätiedot

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle?

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle? Mahtuuko kaikkeus liitutaululle? Teoreettinen näkökulma hiukkasfysiikkaan Jaana Heikkilä, CERN, 304-1-007 7.2.2017 Ylioppilas, 2010, Madetojan musiikkilukio, Oulu LuK (Fysiikka, teor. fysiikka), 2013,

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET KAIKKI HAVAITTAVA ON AINETTA TAI SÄTEILYÄ 1. Jokainen rakenne rakentuu pienemmistä rakenneosista. Luonnon rakenneosat suurimmasta pienimpään galaksijoukko

Lisätiedot

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria Standardimalli & Supersymmetria Standardimalli Hiukkasfysiikan Standardimalli on teoria, joka kuvaa hiukkaset ja voimat, jotka vaikuttavat luonnossa. Ympärillämme näkyvä maailma koostuu ylös- ja alas-kvarkeista

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet. Tapio Hansson

Hiukkaskiihdyttimet. Tapio Hansson Hiukkaskiihdyttimet Tapio Hansson Miksi kiihdyttää hiukkasia? Hiukkaskiihdyttimien kehittäminen on ollut ehkä tärkein yksittäinen kehityssuunta alkeishiukkasfysiikassa. Hyöty, joka saadaan hiukkasten kiihdyttämisestä

Lisätiedot

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson Kosmologia Kosmologiaa tutkii maailmankaikkeuden rakennetta ja historiaa Yhdistää havaitsevaa tähtitiedettä ja fysiikkaa Tämän hetken

Lisätiedot

Neutriino-oskillaatiot

Neutriino-oskillaatiot Neutriino-oskillaatiot Seminaariesitys Joonas Ilmavirta Jyväskylän yliopisto 29.11.2011 Joonas Ilmavirta (JYU) Neutriino-oskillaatiot 29.11.2011 1 / 16 Jotain vikaa β-hajoamisessa Ytimen β-hajoamisessa

Lisätiedot

Fysiikan perusteet. SI-järjestelmä. Antti Haarto 21.05.2012. www.turkuamk.fi

Fysiikan perusteet. SI-järjestelmä. Antti Haarto 21.05.2012. www.turkuamk.fi Fysiikan perusteet SI-järjestelmä Antti Haarto 21.05.2012 Fysiikka ja muut luonnontieteet Ihminen on aina pyrkinyt selittämään havaitsemansa ilmiöt Kreikkalaiset filosofit pyrkivät selvittämään ilmiöt

Lisätiedot

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi Kvantittuminen Planckin kvanttihypoteesi Kappale vastaanottaa ja luovuttaa säteilyä vain tietyn suuruisina energia-annoksina eli kvantteina Kappaleen emittoima säteily ei ole jatkuvaa (kvantittuminen)

Lisätiedot

766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013

766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013 766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013 Luennot n. 46 tuntia Torstaisin 8-10 sali IT116 Perjantaisin 8-10 sali L6 Poikkeuksia: to 19.9. luento vain 8-9 to 17.10. luento vain 8-9 to 14.11. luento vain 8-9

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset

Perusvuorovaikutukset Perusvuorovaikutukset Mikko Mustonen Mika Kainulainen CERN tutkielma Nurmeksen lukio Syksy 2009 Sisältö 1 Johdanto... 3 2 Perusvuorovaikutusten historia... 3 3 Teoria... 6 3.1 Gravitaatio... 6 3.2 Sähkömagneettinen

Lisätiedot

Lataa Maailmanviiva - Jukka Maalampi. Lataa

Lataa Maailmanviiva - Jukka Maalampi. Lataa Lataa Maailmanviiva - Jukka Maalampi Lataa Kirjailija: Jukka Maalampi ISBN: 9789525329513 Sivumäärä: 221 Formaatti: PDF Tiedoston koko: 28.94 Mb Sata vuotta sitten Albert Einstein ilmestyi kuin tyhjästä

Lisätiedot

Fysiikka on eksakti (eli tarkka ) tiede, koska se käyttää tulostensa esittämiseen matematiikkaa. Vain matemaattinen esitys on kyllin selkeää ja

Fysiikka on eksakti (eli tarkka ) tiede, koska se käyttää tulostensa esittämiseen matematiikkaa. Vain matemaattinen esitys on kyllin selkeää ja Mitä fysiikka on? Fysiikka on luonnontiede, joka tutkii maailmaa sen kaikilla tasoilla, atomeista ja hiukkasista tähtiin ja koko maailmankaikkeuteen. Fysiikan tarkoituksena on ymmärtää maailmaa. Luonnontieteenä

Lisätiedot

QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria

QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria Aleksi Vuorinen Helsingin yliopisto Hiukkasfysiikan kesäkoulu Helsingin yliopisto, 18.5.2017 Päälähde: P. Hoyer, Introduction to QCD, http://www.helsinki.fi/~hoyer/talks/mugla_hoyer.pdf

Lisätiedot

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1 Ydin- ja hiukkasfysiikka 04: Harjoitus 5 Ratkaisut Tehtävä a) Vapautunut energia saadaan laskemalla massan muutos reaktiossa: E = mc = [4(M( H) m e ) (M( 4 He) m e ) m e ]c = [4M( H) M( 4 He) 4m e ]c =

Lisätiedot

SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON KLASSILLINEN FYSIIKKA

SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON KLASSILLINEN FYSIIKKA 1 MODERNI FYSIIKKA Tapio Rantala Teoreettinen ja laskennallinen materiaalifysiikka Elektronirakenneteoria http://www.tut.fi/semiphys SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON KLASSILLINEN FYSIIKKA MODERNI FYSIIKKA KVANTTIFYSIIKKA

Lisätiedot

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson Aineen rakenteesta Tapio Hansson Ykköskurssista jo muistamme... Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Demokritos päätteli alunperin, että jatkuva aine ei voi koostua äärettömän pienistä alkeisosasista

Lisätiedot

S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä

S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä (ks. esim. http://www.kotiposti.net/ajnieminen/sutek.pdf). 1. a) Suppeamman suhteellisuusteorian perusolettamukset (Einsteinin suppeampi suhteellisuusteoria

Lisätiedot

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ Valosähköisellä ilmiöllä ymmärretään tässä oppikirjamaisesti sitä, että kun virtapiirissä ja tyhjiölampussa olevan anodi-katodi yhdistelmän katodia säteilytetään fotoneilla,

Lisätiedot

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N Atomin ydin ytimen rakenneosia, protoneja (p + ) ja neutroneja (n) kutsutaan nukleoneiksi Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N saman

Lisätiedot

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Aine ja maailmankaikkeus Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Lahden yliopistokeskus 29.9.2011 1900-luku tiedon uskomaton vuosisata -mikä on aineen olemus -miksi on erilaisia aineita

Lisätiedot

Kvarkkiaineen tutkimus CERN:n ALICE-kokeessa

Kvarkkiaineen tutkimus CERN:n ALICE-kokeessa Kvarkkiaineen tutkimus CERN:n ALICE-kokeessa Sami RäsänenR SISÄLTÖ: Vahvojen vuorovaikutusten teorian (=QCD) historiaa Olomuodon muutos ydinaineesta kvarkkiaineeseen Kvarkkiaineen kokeellinen tutkimus,

Lisätiedot

Fysiikkaa runoilijoille Osa 4: kvanttimekaniikka

Fysiikkaa runoilijoille Osa 4: kvanttimekaniikka Fysiikkaa runoilijoille Osa 4: kvanttimekaniikka Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Modernin fysiikan sukupuu Klassinen fysiikka Kvanttimekaniikka

Lisätiedot

Harvinainen standardimallin ennustama B- mesonin hajoaminen havaittu CMS- kokeessa

Harvinainen standardimallin ennustama B- mesonin hajoaminen havaittu CMS- kokeessa Harvinainen standardimallin ennustama B- mesonin hajoaminen havaittu CMS- kokeessa CMS- koe raportoi uusissa tuloksissaan Bs- mesonin (B- sub- s) hajoamisesta kahteen myoniin, jolle Standardimalli (SM)

Lisätiedot

Theory Finnish (Finland) Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä)

Theory Finnish (Finland) Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä) Q3-1 Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä) Lue erillisessä kuoressa olevat yleisohjeet ennen tämän tehtävän aloittamista. Tässä tehtävässä tarkastellaan maailman suurimman hiukkasfysiikan

Lisätiedot

Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä

Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä 4. kesäkuuta 2012 ATLAS koe esitteli uusimmat tuloksensa Higgs-hiukkasen etsinnästä. Tulokset esiteltiin CERNissä pidetyssä seminaarissa joka välitettiin

Lisätiedot

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN Oppilaiden ennakkokäsityksiä avaruuteen liittyen Aurinko kiertää Maata Vuodenaikojen vaihtelu johtuu siitä,

Lisätiedot

Alkeishiukkaset. perushiukkaset. hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat

Alkeishiukkaset. perushiukkaset. hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat Alkeishiukkaset perushiukkaset kvarkit (antikvarkit) leptonit (antileptonit) hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat baryonit mesonit mittabosonit eli vuorovaikutuksien välittäjähiukkaset Higgsin

Lisätiedot

Hiukkasfysiikan avointa dataa opetuskäytössä

Hiukkasfysiikan avointa dataa opetuskäytössä Hiukkasfysiikan avointa dataa opetuskäytössä TkT Tapio Lampén (tapio.lampen@cern.ch) Fysiikan tutkimuslaitos HIP (sisältää materiaalia Sanni Suoniemen pro gradu -tutkimuksesta) Sisältö: CERNin ja CMS-kokeen

Lisätiedot

Paula Eerola 17.1.2012

Paula Eerola 17.1.2012 Suomalainen tutkimus LHC:llä Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitostki it 17.1.2012 Mikä on LHC? LHC Large Hadron Collider Suuri Hiukkastörmäytin on CERN:ssä sijaitseva it kiihdytin, toiminnassa

Lisätiedot

tutkijankloppi pani fysiikan uusiksi...

tutkijankloppi pani fysiikan uusiksi... Cromalin-godk. Red sek.: Layouter: HB.: Prod.: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 39 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 Niels

Lisätiedot

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin 1/31 Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin Niko Jokela Hiukkasfysiikan kesäkoulu Helsinki 18. toukokuuta 2017 2/31 Säieteorian perusidea Hieman historiaa 1 Säieteorian perusidea Hieman historiaa 2

Lisätiedot

Lataa Maailmanlopun hiukkanen - Sean Carroll. Lataa

Lataa Maailmanlopun hiukkanen - Sean Carroll. Lataa Lataa Maailmanlopun hiukkanen - Sean Carroll Lataa Kirjailija: Sean Carroll ISBN: 9789525985276 Sivumäärä: 351 Formaatti: PDF Tiedoston koko: 25.68 Mb Viime vuosikymmenten merkittävin löytö fysiikassa

Lisätiedot

Matematikka ja maailmankuva Matemaattis-luonnontieteellisten alojen akateemiset MAL 13.12.2013 Tapio Markkanen

Matematikka ja maailmankuva Matemaattis-luonnontieteellisten alojen akateemiset MAL 13.12.2013 Tapio Markkanen Matematikka ja maailmankuva Matemaattis-luonnontieteellisten alojen akateemiset MAL 13.12.2013 Tapio Markkanen Maa on pallo Sacrobosco, 1550 Maan muodon vaikutus varjon muotoon kuunpimennyksessä Kuva Petrus

Lisätiedot

Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa

Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa Ari Virtanen Professori Jyväskylän yliopisto Fysiikan laitos/kiihdytinlaboratorio ari.j.virtanen@jyu.fi Sisältö Alkutaival Sädehoito Radiolääkkeet Terapia

Lisätiedot

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka 1 766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka Luentomonistetta täydentävää materiaalia: 4 Juhani Lounila Oulun yliopisto, Fysiikan laitos, 01 6 Radioaktiivisuus Kuva 1 esittää radioaktiivisen aineen ydinten lukumäärää

Lisätiedot

Energiatehokkuutta parantavien materiaalien tutkimus. Antti Karttunen Nuorten Akatemiaklubi 2010 01 18

Energiatehokkuutta parantavien materiaalien tutkimus. Antti Karttunen Nuorten Akatemiaklubi 2010 01 18 Energiatehokkuutta parantavien materiaalien tutkimus Antti Karttunen Nuorten Akatemiaklubi 2010 01 18 Sisältö Tutkimusmenetelmät: Laskennallinen materiaalitutkimus teoreettisen kemian menetelmillä Esimerkki

Lisätiedot

Fysiikan kurssit suositellaan suoritettavaksi numerojärjestyksessä. Poikkeuksena kurssit 10-14, joista tarkemmin alla.

Fysiikan kurssit suositellaan suoritettavaksi numerojärjestyksessä. Poikkeuksena kurssit 10-14, joista tarkemmin alla. Fysiikan kurssit suositellaan suoritettavaksi numerojärjestyksessä Poikkeuksena kurssit 10-14, joista tarkemmin alla Jos et ole varma, voitko valita jonkin fysiikan kurssin, ota yhteyttä lehtori Antti

Lisätiedot

Kvanttimekaniikka: Luento 2. Mar$kainen Jani- Petri

Kvanttimekaniikka: Luento 2. Mar$kainen Jani- Petri Kvanttimekaniikka: Luento 2 Mar$kainen Jani- Petri Assarointimainos Fyssa tarvitsee assareita Noin 30 euroa tun$+ lisiä tyypillises$ n. 4h/viikko, muba voi olla enemmän/vähemmän Opintosuoritukset+ lyhyt

Lisätiedot

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala Mikro- ja nanotekniikan laitos Kevät 2016 Ajan ja pituuden suhteellisuus Relativistinen työ ja kokonaisenergia SMG-aaltojen

Lisätiedot

Hiukkasten lumo: uuden fysiikan alku. Oili Kemppainen

Hiukkasten lumo: uuden fysiikan alku. Oili Kemppainen Hiukkasten lumo: uuden fysiikan alku Oili Kemppainen 29.09.2009 Hiukkasfysiikka tutkii luonnon perusrakenteita Käsitykset aineen rakenteesta ja luonnonlaeista muuttuneet radikaalisti Viimeisin murros 1960-

Lisätiedot

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET Kurssin esittely Sähkömagneettiset ilmiöt varaus sähkökenttä magneettikenttä sähkömagneettinen induktio virta potentiaali ja jännite sähkömagneettinen energia teho Määritellään

Lisätiedot

Mustien aukkojen astrofysiikka

Mustien aukkojen astrofysiikka Mustien aukkojen astrofysiikka Peter Johansson Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Kumpula nyt Helsinki 19.2.2016 1. Tähtienmassaiset mustat aukot: Kuinka isoja?: noin 3-100 kertaa Auringon massa, tapahtumahorisontin

Lisätiedot

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi Aurinko K E S K E I S E T K Ä S I T T E E T : A T M O S F Ä Ä R I, F O T O S F Ä Ä R I, K R O M O S F Ä Ä R I J A K O R O N A G R A N U L A A T I O J A A U R I N G O N P I L K U T P R O T U B E R A N S

Lisätiedot

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista. KEMIA Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista. Kemian työturvallisuudesta -Kemian tunneilla tutustutaan aineiden ominaisuuksiin Jotkin aineet syttyvät palamaan reagoidessaan

Lisätiedot

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai Jakso : Materiaalihiukkasten aaltoluonne. Teoriaa näihin tehtäviin löytyy Beiserin kirjasta kappaleesta 3 ja hyvin myös peruskurssitasoisista kirjoista. Seuraavat videot demonstroivat vaihe- ja ryhmänopeutta:

Lisätiedot

Vuorovaikutuksien mittamallit

Vuorovaikutuksien mittamallit Vuorovaikutuksien mittamallit Hiukkasten vuorovaikutuksien teoreettinen mallintaminen perustuu ns. mittakenttäteorioihin. Kenttä viittaa siihen, että hiukkanen kuvataan paikasta ja ajasta riippuvalla funktiolla

Lisätiedot

Suhteellisuusteorian vajavuudesta

Suhteellisuusteorian vajavuudesta Suhteellisuusteorian vajavuudesta Isa-Av ain Totuuden talosta House of Truth http://www.houseoftruth.education Sisältö 1 Newtonin lait 2 2 Supermassiiviset mustat aukot 2 3 Suhteellisuusteorian perusta

Lisätiedot

Tieteen popularisointi Kvanttipiirit

Tieteen popularisointi Kvanttipiirit Tieteen popularisointi Kvanttipiirit Esa Kivirinta esakiv (at) gmail.com Materiaali on tarkoitettu yläasteen fysiikan oppitunneille lisämateriaaliksi sekä yleisesti peruskoulun suorittaneille. Materiaalissa

Lisätiedot

Kurssin opettaja Timo Suvanto päivystää joka tiistai klo 17 18 koululla. Muina aikoina sopimuksen mukaan.

Kurssin opettaja Timo Suvanto päivystää joka tiistai klo 17 18 koululla. Muina aikoina sopimuksen mukaan. Fysiikka 1 Etäkurssi Tervetuloa Vantaan aikuislukion fysiikan ainoalle etäkurssille. Kurssikirjana on WSOY:n Lukion fysiikka sarjan Vuorovaikutus, mutta mikä tahansa lukion fysiikan ensimmäisen kurssin

Lisätiedot

Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s. 7 12 ja 291 322.

Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s. 7 12 ja 291 322. Fysiikka 1, 7. lk RUOKOLAHDEN KIRKONKYLÄN KOULU Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s. 7 12 ja 291 322. Tämä dokumentin versio on

Lisätiedot

OPETUSSUUNNITELMALOMAKE

OPETUSSUUNNITELMALOMAKE OPETUSSUUNNITELMALOMAKE v0.90 Tällä lomakkeella dokumentoit opintojaksoasi koskevaa opetussuunnitelmatyötä. Lomake on suunniteltu niin, että se palvelisi myös Oodia varten tehtävää tiedonkeruuta. Voit

Lisätiedot

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä Kertausta 1.kurssista Hiilen isotoopit 1 Isotoopeilla oli ytimessä sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja. Ne käyttäytyvät kemiallisissa

Lisätiedot

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Kvanttimekaaninen atomimalli

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Kvanttimekaaninen atomimalli KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Kvanttimekaaninen atomimalli Aineen rakenteen teoria alkoi hahmottua, kun 1800-luvun alkupuolella John Dalton kehitteli teoriaa atomeista jakamattomina aineen perusosasina. Toki

Lisätiedot

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo Valosähköinen ilmiö Vuonna 1887 saksalainen fyysikko Heinrich Hertz havaitsi sähkövarauksen purkautuvan metallikappaleen pinnalta, kun siihen kohdistui valoa. Tarkemmissa tutkimuksissa todettiin, että

Lisätiedot

DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet

DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet Toisen luennon aihepiirit Lyhyt katsaus aurinkosähkön historiaan Valosähköinen ilmiö: Mistä tässä luonnonilmiössä on kyse? Pinnallinen tapa aurinkokennon virta-jännite-käyrän

Lisätiedot

SATURNUS. Jättiläismäinen kaasuplaneetta Saturnus on aurinkokuntamme toiseksi suurin planeetta heti Jupiterin jälkeen

SATURNUS. Jättiläismäinen kaasuplaneetta Saturnus on aurinkokuntamme toiseksi suurin planeetta heti Jupiterin jälkeen SATURNUKSEN RENKAAT http://cacarlsagan.blogspot.fi/2009/04/compare-otamanho-dos-planetas-nesta.html SATURNUS Jättiläismäinen kaasuplaneetta Saturnus on aurinkokuntamme toiseksi suurin planeetta heti Jupiterin

Lisätiedot

Lataa Mustat aukot - BBC:n Reith-luennot - Stephen Hawking. Lataa

Lataa Mustat aukot - BBC:n Reith-luennot - Stephen Hawking. Lataa Lataa Mustat aukot - BBC:n Reith-luennot - Stephen Hawking Lataa Kirjailija: Stephen Hawking ISBN: 9789510424148 Sivumäärä: 100 sivua Formaatti: PDF Tiedoston koko: 35.10 Mb Mustat aukot ovat avain maailmankaikkeuden

Lisätiedot

Neutriinofysiikka. Tvärminne Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto

Neutriinofysiikka. Tvärminne Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto Neutriinofysiikka Tvärminne 27.5.2010 Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto Neutriinon keksiminen Ongelma 1900-luvun alusta: beetahajoamisessa syntyvän neutriinon energiaspektri on jatkuva.

Lisätiedot

OPETUSSUUNNITELMALOMAKE

OPETUSSUUNNITELMALOMAKE OPETUSSUUNNITELMALOMAKE v0.90 Tällä lomakkeella dokumentoit opintojaksoasi koskevaa opetussuunnitelmatyötä. Lomake on suunniteltu niin, että se palvelisi myös Oodia varten tehtävää tiedonkeruuta. Voit

Lisätiedot