Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Samankaltaiset tiedostot
Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

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

Vuorovaikutuksien mittamallit

Hiukkasfysiikan luento Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Perusvuorovaikutukset

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa

STANDARDIMALLI. Perus- Sähkö- Elektronin Myonin Taun hiukka- varaus perhe perhe perhe set

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria

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

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson

YHTENÄISYYDEN KUORIMISTA

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

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

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

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Fysiikan nykytila ja saavutukset

Atomimallit. Tapio Hansson

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

KERTAUSTEHTÄVIEN RATKAISUT

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

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

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen

Atomimallit. Tapio Hansson

PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se?

Fysiikan maailmankuva 2015

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen:

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

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

QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle?

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

(Hiukkas)fysiikan standardimalli

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

FYS-1270 Laaja fysiikka IV: Aineen rakenne

Kosmologia ja alkuaineiden synty. Tapio Hansson

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson

Lataa Maailmanviiva - Jukka Maalampi. Lataa

FYS01: Fysiikka luonnontieteenä

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Neutriinokuljetus koherentissa kvasihiukkasapproksimaatiossa

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014

Neutriino-oskillaatiot

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

CERN-matka

Sähköstatiikka ja magnetismi

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Suhteellisuusteoria. Jouko Nieminen Tampereen Teknillinen Yliopisto Fysiikan laitos

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Suhteellisuusteorian vajavuudesta

Uudet kokeet testaavat maailmankaikkeuden kohtalon: Muuttuuko kaikki aine lopulta säteilyksi?

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Kosmos = maailmankaikkeus

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

Sisältö. Artikkelit. Viitteet. Artikkelilisenssit

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

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

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

FY1 Fysiikka luonnontieteenä

Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys

Lataa Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa - Stephen Hawking. Lataa

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

12. Hiukkasfysiikka Peruskäsitteitä. Antihiukkaset

Sekalaisia aiheita. Hiukkaskiihdyttimet ja uudet hiukkaset

Pintaraapaisu säieteoriaan - Alkeishiukkaset säikeiden värähtelytiloina ja kompaktien ulottuvuuksien olemassaolo

Fysiikka 1. Fysiikka 1, Fysiikka luonnontieteenä, Tammi (2009) MAOL-taulukot, Otava

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

Tehtävän eri osat arvostellaan 1/3 pisteen tarkkuudella, ja loppusumma pyöristetään kokonaisiksi

Sähkömagnetismin ymmärryksen kehityshistoriaa Katja Palomäki. Tervetuloa!

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

Flrysikko Higgs iuhli. löytymistä 4. z.totz

Fysiikan menetelmät ja kvalitatiiviset mallit Rakenneyksiköt

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

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

Epäyhtenäisyys fysiikan haasteena

Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

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

Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne

VUOROVAIKUTUS JA VOIMA

Fysiikkaa runoilijoille Osa 2: suppea suhteellisuusteoria

SUHTEELLISUUSTEORIAN TEOREETTISIA KUMMAJAISIA

Hiukkaskiihdyttimet. Tapio Hansson

Transkriptio:

Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria yhdisti sähkömagneettisen ja heikon vuorovaikutuksen. Myöhemmin myös vahvan vuorovaikutuksen on huomattu olevan saman vuorovaikutuslajin muoto. Tämä neljän jaottelu on kuitenkin käytännöllinen tapa käsitellä vuorovaikutuksia, sillä ne eroavat näin toisistaan matalissa lämpötiloissa. Tärkein sisältö vuorovaikutuksista on kiteytettynä xkcd:ssa: https://xkcd.com/1489/.

Gravitaatio Gravitaatiovuorovaikutus on vuorovaikutus, joka rakentaa maailmankaikkeuden suuret rakenteet sellaisiksi kuin ne ovat. Gravitaatio vaikuttaa kaikkien massallisten kappaleiden välillä. Sir Isaac Newton kuvasi gravitaatiovuorovaikutuksen gravitaatiolaillaan vuonna 1687. Sittemmin Newtonin teoriassa on havaittu puutteita, ja Albert Einstein esitti nykyisin gravitaatiota parhaiten kuvaavan teorian, yleisen suhteellisuusteorian. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan massallinen kappale muokkaa avaruutta. Kaikki kappaleet kulkevat periaatteessa suoraan, mutta avaruus, jossa ne kulkevat on kaareutunut, jolloin Maa pysyy Auringon ympärillä ja Kuu Maan ympärillä.

Gravitaatio Animaatio aiheesta: https://commons.wikimedia.org/wiki/file: General_relativity_time_and_space_distortion.ogv Gravitaatiolinssi on eräs ilmiö, joka selittyy hyvin taipuvalla avaruudella. Kulkiessaan suurten massojen läheltä, kaukaisista galakseista tuleva valo taipuu. Tällöin galaksin kuva vääristyy. Animaatio ja tietoa aiheesta: https://en.wikipedia.org/wiki/gravitational_lens

Gravitaatiolinssi

Sähkömagneettinen vuorovaikutus Sähkömagneettisia ilmiöitä on tutkittu 1800-luvulta. Sähkö ja magnetismi linkittyvät toisiinsa erottamattomasti. Sähköisesti varatun hiukkasen liikkuessa sillä on magneettikenttä, ja toisaalta magneettikenttä vaikuttaa liikkuvaan varattuun hiukkaseen. Brittifyysikko James Clerc Maxwell kuvasi sähkömagnetismin yhtälöillään 1800-luvun loppupuolella. Nykyinen käsitys sähkömagnetismista perustuu hiukkasfysiikkaan, jossa sähkömagneettista vuorovaikutusta välittää välittäjähiukkanen: fotoni.

Etävuorovaikutukset Hiukkasteoriassa voima välittyy välittäjähiukkasen avulla. Tällöin etävuorovaikutuksessa ei ole mitään erityisen kummallista. Välittäjähiukkanen voi siirtää energiaa ja liikemäärää toiselle hiukkaselle.

Sähkömagneettinen vuorovaikutus Sähkömagneettinen vuorovaikutus on vuorovaikutus, joka pitää aineen rakenteen kasassa tasolla, jolla sitä yleensä tarkastelemme. Se sitoo elektronit ytimien ympärille muodostaen atomeja sekä on vastuussa kaikista kemiallisista sidoksista ja molekyylien muodostumisesta. Loppupeleissä kaikki kosketusvuorovaikutuksetkin ovat peräisin kappaleiden reunojen välisistä sähkömagneettisista vuorovaikutuksista.

Vahva vuorovaikutus Vahva ydinvoima vaikuttaa kvarkkien välillä ja sen välittäjähiukkasia ovat gluonit. Positiiviset protonit hylkivät sähköisesti toisiaan, joten ytimien ei pitäisi pysyä kasassa pelkän sähkömagnetismin valossa. Hyvin lyhyillä etäisyyksillä vaikuttaa kuitenkin toinen vuorovaikutus, eli vahva vuorovaikutus joka sitoo kvarkkeja yhteen. Saturday Morning Breakfast Cereal -sarjakuva kuvaa hienosti miten fysiikanopiskelijoiden kuvitelmat rakkaudesta osuvat yksiin protonien vuorovaikutuksen kanssa: http://www.smbc-comics.com/comic/2013-04-10

Vahva vuorovaikutus Vaikka vahva vuorovaikutus vaikuttaa kvarkkien välillä, ovat protonit ja neutronit ytimessä niin lähekkäin, että vahva vuorovaikutus sitoo kvarkkeja yhteen myös eri hiukkasista. Vahvan vuorovaikutuksen välittäjähiukkasta kutsutaan gluoniksi. VV:n kantama on hyvin lyhyt, eikä se vaikuta juurikaan ytimen ulkopuolella.

Heikko vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus kykenee vaihtamaan hiukkasia toisikseen. Se löydettiin β-hajoamisen yhteydessä, jossa nukleonit muuttuvat toisikseen. Heikon vuorovaikutuksen välittäjähiukkasia ovat W ± - ja Z 0 -bosonit. Näiden suuren massan vuoksi heikon vuorovaikutuksen kantama on erittäin lyhyt: n. 0,01 femtometriä. Heikkoa vuorovaikutusta kutsutaan heikoksi, koska se ilmenee varsin harvoin, ja on vähemmän voimakas kuin vahva vuorovaikutus. Heikko vuorovaikutus on myös syypää fuusioreaktioon Auringossa, joten siitä on loppupeleissä peräisin kaikki Maahan saapunut energia.

Suuret yhtenäisteoriat Tällä hetkellä fysiikassa on kaksi toisiaan täydentävää erillistä teoriaa. Standardimalli selittää sähkömagnetismin, heikon ja vahvan vuorovaikutuksen, sekä hiukkastason ilmiöt. Yleinen suhteellisuusteoria selittää gravitaation ja siten maailmankaikkeuden rakenteet. Suuri tavoite on saada nämä yhdistettyä yhdeksi teoriaksi. Nk. suureksi yhtenäisteoriaksi (GUT). Gravitaatioa yritetään saada selitettyä hiukkasmallin avulla (gravitoni), jolloin sen voisi liittää osaksi standardimallia.

Säieteoriaa Toinen tapa päästä yhtenäisteoriaan olisi muuttaa muut vuorovaikutukset geometrisiksi, kuten yleinen suhteellisuusteoria kuvaa gravitaatiota. Tämä lähestymistapa on käytössä säieteorioilla, joita on tänä päivänä jo useita hieman erilaisia. Säieteorioista nk. M-teoria on tällä hetkellä varsin suosittu tunnettujen fyysikoiden keskuudessa. M-teoria yhdistää viisi supersäieteoriaa ja supergravitaatioteorian. Työ on vielä pahasti kesken, sillä kaikkia teorian ymmärtämiseen tarvittavia matemaattsia työkalujakaan ei ole vielä välttämättä saatu keksittyä.