Physik Book 2

832019 Physik Book 2

httpslidepdfcomreaderfullphysik-book-2 116

1

Το μικροσκόπιο στην έρευνα των υποατομικών σωματιδίων

Στο σπίτι του καθένας μας διαθέτει σήμερα έναν επιταχυντή δέσμης

ηλεκτρονίων Είναι ο καθοδικός σωλήνας της τηλεόρασης όπου τα ηλεκτρόνια

εκπέμπονται από το θερμαινόμενο νήμα (κάθοδο) επιταχύνονται καθώς περνούν

μέσα από ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο και κατευθύνονται στην οθόνη για να

διεγείρουν το φωτοευαίσθητο υλικό της και να συνθέσουν τις πληροφορίες που

μεταφέρουν

Οι δέσμες σωματιδίων χρησιμοποιούνται από τους ερευνητές των σωματιδίων

το ορατό φως με μήκος κύματος από 04 έως 08 μικρόμετρα (εκατομμυριοστά

του μέτρου) δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παρατηρήσεις μικρότερες της

τάξης του μικρομέτρου

Τα κινούμενα σωματίδια έχουν και κυματικές ιδιότητες (υλικό κύμα) με μήκος

κύματος που γίνεται μικρότερο καθώς η ενέργειά τους μεγαλώνει Τοηλεκτρονικό μικροσκόπιο για παράδειγμα είναι ένας μικρός επιταχυντής

ηλεκτρονίων που δίνει σrsquoαυτά ενέργεια αρκετή ώστε τον μήκος του κύματος να

μπορεί να παρατηρηθεί Φυσικά για να ερευνήσουμε λεπτομέρειες κάνοντας

μεγέθυνση 109 φορές χρειαζόμαστε σωματίδια που θα έχουν 109 φορές

περισσότερη ενέργεια Αυτό φυσικά απαιτεί ισχυρότερους επιταχυντές

σωματιδίων

Στην φωτογραφία ο Ernest Lawrence o Green Seaborg και o

Robert Oppenheimer το 1946

μπροστά στον πίνακα ελέγχου του

Κύκλοτρου με διάμετρο 184 Inc

Ενας επιταχυντής (γραμμικός ή

κυκλικός) αποτελείται από ένα

θάλαμο κενού και διαθέτει αντλίες

κενού μαγνήτες όργανα υψηλής

ηλεκτρικής τάσης ηλεκτρονικά

κυκλώματα ελέγχου της λειτουργίας

του Ο θάλαμος κενού είναι ένας

μεταλλικός σωλήνας που παραμένει σε χαμηλή πίεση Σωματίδια μέσα σrsquoαυτόν

το σωλήνα επιταχύνονται από ηλεκτρικά πεδία καθώς μεταφέρεται σ αυτά

ενέργεια

Για να μεταφερθεί στα σωματίδια περισσότερη ενέργεια θα πρέπει η δέσμη

των σωματιδίων να περάσει πολλές φορές τη διαδρομή του θαλάμου κάτι που

γίνεται όταν ο θάλαμος είναι κυκλικός Η επίδραση μαγνητικού πεδίου

1

Ο Lawrence το 1939 πήρε το βραβείο Nobel για την εφεύρεση του κύκλοτρου (Ernest Lawrence1901-1958)

26



καμπυλώνει την τροχιά τους καθώς ενεργεί κάθετα σ αυτήν Άλλοι μαγνήτες

προκαλούν συγκέντρωση της δέσμης και εστίαση της

Στη φωτογραφία ο E Lawrence

μαζί με τον Enrico Fermi Και

οι δύο τους έπαιξαν σημαντικό

ρόλο στην πυρηνική Φυσική το

πρώτο ήμισυ του εικοστού

αιώνα

Ο Einstein σε φωτογραφία το Μάρτη του 1922 με Γάλλους συναδέλφους Ο γνωστός

Βρετανός Μαθηματικός και φιλόσοφος Bertrand Russel (1872-1970) είπε για τον Einstein laquo Ο

Einstein δεν ήταν μόνο ένας μεγάλος Φυσικός υπήρξε ένας μεγάλος άνθρωπος Ήταν σύμβολο

Ελευθερίας σε έναν κόσμο που πορεύονταν μέσα από πολέμους Αυτός παρέμενε υγιής σε έναν

άρρωστο κόσμο παρέμενε ελεύθερος σε έναν κόσμο γεμάτο φανατικούς

Einstein στο γραφείο του γύρω στα 1950

27



Ο Αϊνστάϊν με τον Οπενχάϊμερ Από τη συλλογή φωτογραφιών του Γερμανικού Πανεπιστημίου της Φραγκφούρτης

Αγαλμα του Αλμπερτ Αϊνστάϊν στην Εθνική

Ακαδημία Επιστημών της Ουάσινγκτον

28



Μέγεθος και δομή των πυρήνων

1α Πρώτες ενδείξεις για την ύπαρξη του πυρήνα του ατόμου δόθηκαν από

τα πειράματα του Ernest Rutherford με σωμάτια α (πυρήνες He) που

εκπέμπονται από το ραδιενεργό υλικό Ράδιο και προσπίπτουν σε λεπτά φύλλα

χρυσού

29



Σε σπάνιες περιπτώσεις παρατήρησε εκτροπή των σωματιδίων μέχρι και

1800 Τα σωμάτια α ως θετικά φορτισμένα σωματίδια μπορούν να

διαπεράσουν ευκολότερα μεταξύ των ατόμων λεπτού μεταλλικού φύλλου από

τα ηλεκτρόνια που χρησιμοποίησε πιο πριν ο Philipp Lenard σε παρόμοιο

πείραμα

Τα σωμάτια α με μεγάλη απόκλιση παρουσιάζουν μικρή απώλειαταχύτητας γεγονός που σημαίνει ότι προσεγγίζουν σε θετικά φορτισμένους

πυρήνες πολύ μεγαλύτερης μάζας Ακόμη αν χρησιμοποιηθούν σωματίδια

μεγαλύτερης κινητικής ενέργειας μπορούν να προσεγγίσουν περισσότερο τον

πυρήνα των ατόμων

β Το σωμάτιο α είναι πυρήνας του στοιχείου He που συμβολίζεται με

He4

2 και κατέχει 4 νουκλεόνια( 2 πρωτόνια και 2 νετρόνια)

Εικόνα από το βιβλίο Φυαικής PSSC έκδοση ιδρύματος Ευγενίδου

1 Οι Ανιχνευτές καπνού περιέχουν μια αδύνατη πηγή του στοιχείου Αμερίκιου-241 Από αυτό εκπέμπονται σωμάτια α τα οποία ιονίζουντον αέρα που γίνεται ηλεκτρικά αγώγιμος και διαρρέεται από μικρό

30



ηλεκτρικό ρεύμα Αν εισέλθει καπνός στον ανιχνευτή αυτός απορροφάει ακτίνες α και το ηλεκτρικό ρεύμα ελαττώνεται και ηχεί τοσύστημα ανίχνευσηςΤο Αm-241 έχει χρόνο ημιζωής 460 χρόνια

1 Ο Έλεγχος του πάχους του χαρτιού μπορεί να γίνει με τη μέτρηση της ακτινοβολίας β η οποία αφού περάσει μέσα από το χαρτί προσπίπτει σε ένα μετρητή Geiger Ο μετρητής ελέγχει τηνπίεση των κυλίνδρων που καθορίζει το πάχος του χαρτιού Γιαπαραγωγή χαρτιού πλαστικών φύλλων ή αλουμινίου

χρησιμοποιούνται ακτίνες β γιατί οι ακτίνες α δεν περνούν μέσααπό αυτά Χρησιμοποιούμε πηγή ακτινοβολίας με μεγάλο χρόνοημιζωής ώστε να μη χρειάζεται συχνά αντικατάσταση

2 Οι ακτίνες γ χρησιμοποιούνται για να κάνουμε αποστείρωση

ιατρικών εργαλείων

(Μια εκτίμηση της διάρκειας καύσης τουΉλιου)

Αν υποτεθεί ότι ο ήλιος αποτελείται εξ ολοκλήρου από Υδρογόνο και ότι ηκύρια πυρηνική αντίδραση σύντηξης είναι ή

ν +++rarrsdot 2)01(24

2114 eHeH

και ότι όλοι η ισχύς που στέλνει ο Ήλιος είναι σταθερή και ίση με 39 x 1026

W σε πόσο χρόνο θα αντιδράσει όλη η μάζα του Υδρογόνου του ήλιου

Να ληφθεί η μάζα του Ήλιου ίση με 199 x 1030 kg

31



Δίδεται = 1192 x 1057 άτομα στον ήλιο

το έλλειμμα μάζας της αντίδρασης

4 x 1007825 - (4002603 + 2 x 0000549) = 0027599 u

E = mc 2 = 0027599 u x 9315 ΜeVuc2 = 2571 MeV

Η απάντηση στην ερώτηση είναι

x x x

= 996 x 1010 χρόνια

1 Σχηματισμός σωματιδίων α ή πυρήνων He4

2

Ο μητρικός πυρήνας εκπέμπει ένα σωμάτιο α (

+24

2He ) Ο αριθμός των

νουκλεονίων ελαττώνεται κατά 4 και ο ατομικός αριθμός κατά 2

Παράδειγμα επίσης η διάσπαση του Πολώνιου 210 σε Μόλυβδο 208

HPbPo 42

20882

21084

+rarr και γενικά η αντίδραση είναι

32



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42

2 Σχηματισμός υψηλής ταχύτητας ηλεκτρονίων ή σωματίων β

Ο μητρικός πυρήνας του Ιωδίου εκπέμπει σωμάτια β- (ηλεκτρόνια) και ένα

αντινετρίνο ηλεκτρονίου eν

3 Εκπομπή μεγάλης ενέργειας φωτονίων γ

Σε όλες τις πυρηνικές αντιδράσεις ο θυγατρικός πυρήνας ευρίσκεται σε

κατάσταση διέγερσης Στην αντίδραση του ουράνιο μετατρέπεται σε Θόριο

πυρήνα Ηλίου και εκπέμπει ακτίνες γ

4 Εκπομπή ποζιτρονίου e0

1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16

Σαυτή τη ραδιενεργό διάσπαση το

σωμάτιο β+ είναι βραχύβιο αντισωμάτιο του ηλεκτρονίου και με την αντίδραση

e+ +e- =gt 2 γ προκύπτουν δύο φωτόνια Έχουμε τη συνάντηση ύλης με αντιύλη

και την εξαΰλωση σε ισοδύναμη ενέργεια

2

α Όταν μετρούνται πυρηνικές μάζες είναι πάντα μικρότερες από το άθροισμα

των μαζών των νουκλεονίων που συνθέτουν τον πυρήνα

Η διαφορά αυτή είναι γνωστή σαν έλλειμμα μάζας και οφείλεται στο γεγονός ότι

μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια σύμφωνα με την περίφημη σχέση 2cmE sdot= Η

ενέργεια συνδέσεως των πυρήνων αυξάνει με την αύξηση του μαζικού αριθμού

Α

2 Παρατηρήσεις 1 gr μάζας= 10-3 Κgr μετατρέπεται σε ενέργεια σύμφωνα με τη

σχέση Ε=m c2= 10-3 Kgr (3 108 msec) = 2 1013 J Eίναι αρκετή ενέργεια για να θερμάνει27 108 λίτρα νερό από τους 20 C στους 100 C 0

33



β Μια περισσότερο ενδιαφέρουσα ιδιότητα των πυρήνων είναι η ενέργεια

συνδέσεως τους ανά νουκλεόνιο Ευρίσκεται αν διαιρέσουμε την ενέργεια

συνδέσεως δια του αριθμού των νουκλεονίων του πυρήνα Ο αριθμός αυτός

αυξάνει ταχύτατα με την αύξηση της ατομικής μάζας μέχρι Α=60 μετά

ελαττώνεται αργά για μεγαλύτερους μαζικούς αριθμούς Πυρήνες με μαζικούς

αριθμούς γύρω στο 60 είναι περισσότερο σταθεροί

γ Η έννοια της ενέργειας σύνδεσης εμφανίζεται και στη χημεία Για

παράδειγμα όταν το Νάτριο αντιδρά με το Χλώριο μια ποσότητα ενέργειας

ελευθερώνεται

Το αποτέλεσμα είναι να προκύψει η πολύ σταθερή χημική σύνθεση το

Χλωριούχο Νάτριο

Στην περίπτωση των χημικών αντιδράσεων η ενέργεια που ελευθερώνεται είναι

πολύ μικρή ενώ στις πυρηνικές αντιδράσεις η ενέργεια που ελευθερώνεται είναι

πολύ μεγάλη και η ποσότητα της μάζας που μετατρέπεται σε ενέργεια μπορεί

να μετρηθεί

δ Παράδειγμα ενέργειας σύνδεσης του He4

2

Μάζα του πυρήνα He4

2 = 40026 amu

Μάζα ενός πρωτονίου = 10073 amu

Μάζα ενός νετρονίου = 10087 amu

Μάζα ενός ηλεκτρονίου = 00055 amu

Συνολική μάζα των σωματιδίων του He

amu40331

amu000552amu100872amu007312 =sdot+sdot+sdot=M

Ελλειμμα μάζας Δm=40331 amu ndash 40026 amu= 00305 amu

Ενέργεια συνδέσεως Ε= mc2 = 00305 amu 16605 10-27 Kgramu (22998 108

msec)2= 455 10-12 j

β 1 eV Είναι ενέργεια που κερδίζει ένα ηλεκτρόνιο να κινηθεί σε πεδίο μεταθύ δύο σημείων διαφοράς δυναμικου ενός Volt

Χρειάζονται 136 eV για να απομακρυνθεί το ηλεκτρόνιο από τοάτομο του Υδρογόνου και ακόμη 1 amu ισοδυναμεί με ενέργεια9314 eV

Σημείωση

Αν χρησιμοποιήσουμε την καμπύλη της ενέργειας συνδέσεως μπορούμε να

εκτιμήσουμε την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διαδικασία σχάσης

των πυρήνων Παρατηρούμε από την καμπύλη ότι για τους βαρύς πυρήνες (πχ

ατομική μάζα 240 u ) η μέση ενέργεια συνδέσεως ανά νουκλεόνιο είναι περίπου

76 MeV Για μέσης μάζας πυρήνες (πχ 120 u ) η μέση ενέργεια συνδέσεως

είναι 85 MeV

H διαφορά της ολικής ενέργειας συνδέσεως του πυρήνα και των δύο (περίπου

ίσης μάζας ) προϊόντων σχάσης ελευθερώνεται κατά τη σχάση βαρέων πυρήνων

34



Παράδειγμα MeV200(200u)MeVu)67()200()2

1(ΜeVu) 58(2 asympsdotminussdotsdotsdot=∆Ε u

Πόσα στοιχειώδη σωμάτια έχουμε

Οι Φυσικοί γνώριζαν το 1932 τέσσερα συνολικά στοιχειώδη σωμάτια τα

ηλεκτρόνια τα φωτόνια τα πρωτόνια και τα νετρόνια Εκτός από τα φωτόνια

τα άλλα σωμάτια ήταν συστατικά του ατόμου Σήμερα γνωρίζουμε μερικές

εκατοντάδες σωμάτια από τα οποία τα περισσότερα δεν είναι στοιχειώδη Την

αρχή στην έρευνα των στοιχειωδών σωματιδίων έκανε ο Wofgang Pauli οποίος

μελέτησε τη διάσπαση β Σύμφωνα με αυτή ασταθή νετρόνια του πυρήνα

διασπώνται και από τον πυρήνα εξέρχονται ακτίνες β (ηλεκτρόνια)

Το νετρόνιο μπορεί να διασπαστεί σε ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο και

επειδή η μάζα του πρωτονίου είναι περίπου (σε μονάδες ενέργειας) 13 MeV

μεγαλύτερη από τη μάζα του πρωτονίου η διάσπαση συνοδεύεται και με ένα


35



ee pn ν ++rarrminus

Παρόλο που το νετρίνο πολύ σπάνια αλληλεπιδρά με την ύλη

υπάρχουν παραδείγματα αλληλεπίδρασης Τα νετρίνα είναι πολύ ελαφρά

σωματίδια

Κατά το 1950 ανακαλύφτηκε μια σειρά σωματιδίων που μόνο μικρό χρόνο

παραμένουν ελεύθερα Τα π-μεσόνια τα Κ-μεσόνια (βαριόνια) βαρύτερα από

τα νουκνεόνια

Αδρόνια και Κουάρκς (Quarks)

Στα αδρόνια ανήκουν τα πρωτόνια τα νετρόνιατα π-μεσόνια

Η ιδέα των Κουάρκς δόθηκε αρχικά από τους Murray Gell-Mann και George

Zweig το 1964 Βλέπουμε στη θεωρία τους (Χρωμοδυναμική) ότι ο αριθμός 3

παίζει ιδιαίτερο ρόλο Για παράδειγμα το πρωτόνιο αποτελείται από τρία

Quarks Για την ιδέα των Quarks πρέπει να πούμε ότι μέχρι σήμερα δεν έχουν

παρατηρηθεί ως πραγματικά σωματίδια Αν και οι ερευνητές έχουν προσπαθήσεισε καμία περίπτωση δεν κατόρθωσαν να τα συναντήσουν έξω από τον πυρήνα

Η ποιο χαρακτηριστική ιδιότητα των Quarks είναι το ηλεκτρικό τους φορτίο

Όλα τα σωμάτια που έχουν παρατηρηθεί στη φύση έχουν φορτίο ακέραιο

πολλαπλάσιο του φορτίου του πρωτονίου Θα πρέπει να βρούμε σωμάτια με

ηλεκτρικό φορτίο το 13 ή τα 23 του φορτίου του πρωτονίου προκειμένου να

αναζητήσουμε τα ελεύθερα Quarks Μελετήθηκαν φωτογραφίες κοσμικών

ακτίνων τα αποτελέσματα των συγκρούσεων σωματιδίων σε επιταχυντές αλλά

δεν βρέθηκε κλάσμα του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου Έγιναν πειράματα

όπου μετρήθηκε η ημιζωή του πρωτονίου και βρέθηκε της τάξης του 1030

χρόνια

ΣωματίδιαΣύμβο

λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)

Οικογένεια


Πρωτόνιο p+ +1 1673 x 10-24 100727 Βαριόνια

Νετρόνιο n0 0 1675 x 10-24 100866 Βαριόνια

Ηλεκτρόνιο

Ποζιτρόνιοe- e+ -1+1 9109 x 10-28 5485 x 10-4 Λεπτόνια

Νετρίνο 0 lt 10-32 lt 5 x 10-9 Λεπτόνια

36



Φωτόνιο 0 0 0 Φωτόνια

Πίνακας στοιχειωδών σωματιδίων

Μετά από προσπάθειες δεκαετιών το ηλεκτρόνιο το πρώτο θεμελιώδεςσωματίδιο που ανακαλύφθηκε θεωρείται ακόμα στοιχειώδες

Μπορεί να χρησιμοποιούμε ηλεκτρόνια σε πειράματα όμως δεν γνωρίζουμε

ακόμα αρκετά για αυτά Οι φυσικοί ελπίζουν στο μέλλον να βρουν απαντήσεις

για τα

στοιχειώδη σωμάτια Πρέπει να απαντήσουν αν τα Quarks και τα λεπτόνια είναι

στοιχειώδη σωμάτια και ακόμη γιατί υπάρχουν τρεις γενιές σωματιδίων σ΄αυτό

το μοντέλο της χρωμοδυναμικής Ακόμη πρέπει να έχουμε απάντηση γιατί

παρατηρούμε αρκετά σωμάτια και πολύ λιγότερα αντισωμάτια Ίσως οι

Φυσικοί της έρευνας των στοιχειωδών σωματιδίων βρουν μια απλή θεωρία που

να εξηγεί όσα συμβαίνουν στην ύλη

Αλληλεπιδράσεις

Για την ήλεκτρομαγνητική

αλληλεπίδραση ο φορέας είναι το

φωτόνιο Στο σχήμα βλέπουμε πώς το

κάθε ηλεκτρόνιο laquoαντιλαμβάνεταιraquo την

ύπαρξη του άλλου με την ανταλλαγή

του φωτονίου Η θεωρία που

περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ

φορτισμένων σωματιδίων με την ανταλλαγή φωτονίων ονομάζεται

Κβαντική Ηλεκτροδυναμική (Quantum Electrodynamics QED)

Βαρυτική Αλληλεπίδραση

Ηλεκτρομαγνητική Αλληλεπίδραση

Ισχυρή Πυρηνική Αλληλεπίδραση

Ασθενής Πυρηνική ΑλληλεπίδρασηΗ συνεπής περιγραφή της ασθενούς αλληλεπίδρασης απαιτεί την ύπαρξη τριών

φορέων Z0 W- και W+ (ο πρώτος ηλεκτρικά ουδέτερος ενώ οι άλλοι δυο

αρνητικά και θετικά φορτισμένοι αντίστοιχα) Η ανάγκη ενός μόνο φορέα για

την περιγραφή της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης και τριών για την

ασθενή αντανακλά το μαθηματικό υπόβαθρο της θεωρίας που στηρίζεται στη

Θεωρία των Ομάδων Η ισχυρή αλληλεπίδραση στο επίπεδο των κουάρκ

απαιτεί οκτώ φορείς που ονομάζουμε γκλουόνια (gluons) τα οποία

ανταλλάσσονται μεταξύ των κουάρκ Τέλος η βαρυτική αλληλεπίδραση παρόλο

που δεν έχουμε μια συνεπή θεωρία περιγραφής της ανάλογη με τις άλλες

αλληλεπιδράσεις πιστεύουμε ότι έχει τον δικό της φορέα το βαρυτόνιο

37



Οι τέσσερες θεμελιώδεις δυνάμεις

Δυνάμεις Περιοχή Μέγεθος Αλληλεπίδραση

Ισχυρές δυνάμεις 10-15 m 1 Μεταξύ Quarks

Ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις

άπειρο 10-2

Μεταξύ

φορτισμένωνσωματιδίων

Ασθενείς

αλληλεπιδράσεις10-15 m 10-13

Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων

Ηλεκτρονίων)

Βαρυτικές

δυνάμειςάπειρο 10-38 Μεταξύ όλων των


Τα σωματίδια του πίνακα (1) ονομάζονται quarks

ενώ του πίνακα (2) ονομάζονται λεπτόνια

Σήμερα θεωρούν οι Φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων

ότι η ύλη αποτελείται από αυτά τα συστατικά

quarks

Σωματίδια Φορτίο (e) Μάζα (MeV c 2)

u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)

Λ ε π τ ό ν ι α

Σωματίδια Φορτίο (e) Mάζα (MeV c 2)

e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38



Διάγραμμα στο οποίο εμφανίζονται χρονολογικά οι ανακαλύψεις σωματιδίων το

πρώτο μισό του 20ου αιώνα Παρατηρούμε ότι είναι μικρός ο αριθμός των σωματιδίων

αυτών σχετικά με εκείνα που εντοπίσθηκαν το δεύτερο μισό του 20 ου αιώνα με τη

χρήση ισχυρών επιταχυντών και σύγχρονων συσκευών παρατήρησης

H Πυρηνική αντίδραση Πρωτονίου ndashΠρωτονίου

Οι πυρηνικές αντιδράσεις του τύπου Πρωτονίου -Πρωτονίου είναι αντιδράσεις

που γίνονται σε αστέρες ηλιακού τύπου και μετασχηματίζουν υδρογόνο σε ήλιο

1H + 1H --gt 2H + e+ + νετρίνο Δύο πρωτόνια ( p+) αντιδρούν για να σχηματίσουν Δευτέριο ( 2 H =1p+ amp 1 n) μαζί με ένα ποζιτρόνιο (e+) και ένα νετρίνο

Στο ισχυρά ιονισμένο εσωτερικό των αστέρων το ποζιτρόνιο γρήγορα θα συναντηθεί με ένα

ηλεκτρόνιο και θα δώσουν δύο φωτόνια ακτίνων γ (e+ + e- --gt 2 φωτόνια ) Οι ακτίνες γ θα

απορροφηθούν και θα έχουμε ξανά εκπομπή στο εσωτερικό των

αστέρων και βαθμιαία εκπέμπονται έξω από την ύλη των αστέρων με φωτόνια χαμηλότερης

ενέργειας Όταν οι ακτίνες γ φθάσουν στη φωτόσφαιρα κάθε φωτόνιο θα έχει μετασχηματιστεί

σε περίπου 200000 ορατά φωτόνια Το νετρίνο το οποίο αλληλεπιδρά με τις ασθενείς

αλληλεπιδράσεις διαφεύγει κατευθείαν έξω από τον ήλιο

bull2H + 1H --gt 3He + ακτίνες Το Δευτέριο αντιδρά με ένα άλλο Πρωτόνιο για να σχηματίσει3 He (2p+ amp 1n) μαζί με ένα ακόμη φωτόνιο γ Οι δύο πρώτες αντιδράσεις πρέπει να

συμβούν δύο φορές για να σχηματιστούν δύο πυρήνες Τρίτιου 3 He

bull3He + 3He --gt 4He + 2 1H Οι δύο πυρήνες Τριτίου 3 He αντιδρούν μεταξύ τους για να

σχηματίσουν 4 He (2p+ amp 2n) δίνοντας ταυτόχρονα δύο πρωτόνια καθώς και κινητική

ενέργεια στα προϊόντα της αντίδρασης

Οι πυρήνες του Τριτίου 3 He απωθούνται ισχυρά μεταξύ τους γιατί περιέχουν

θετικά φορτισμένα Η αρχική αντίδραση από τη σειρά των πυρηνικώναντιδράσεων λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία 1 εκατομ Βαθμών K ενώ η

τελευταία απαιτεί θερμοκρασία μεγαλύτερη από 10 εκατομ βαθμούς Κ

Οι πυρηνικές αντιδράσεις Πρωτονίου ndash Πρωτονίου προχωρούν μάλλον αργά

και μικρό ποσοστό των πυρήνων του πυρήνα έχει την κατάλληλη ενέργεια για να

ξεπεράσει τις ηλεκτρικές απώσεις Ωστόσο πρέπει να σημειώσουμε πως περίπου

600 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου μετατρέπονται κάθε δευτερόλεπτο σε 596

εκατομμύρια τόνους Ηλίου

( 4 εκατομμύρια τόνοι μετασχηματίζονται σε φωτεινή ενέργεια σύμφωνα με τον τύπο

E=mc2

)

39



Ο άνθρακας με ατομικό αριθμό Z=6 ευρίσκεται σε τρία ισότοπα με 6 7 και 8

νετρόνια αντίστοιχα Από τα ισότοπα του άνθρακα αυτό με 6 πρωτόνια και 8 νετρόνια είναι ασταθής και υφίσταται ραδιενεργό διάσπαση Με διάσπαση β

ένα από τα νετρόνιά του μετατρέπεται σε ένα πρωτόνιο και ένα υψηλής

ταχύτητας σωμάτιο β (ηλεκτρόνιο) Έτσι ελαττώνεται ο αριθμός των νετρονίων

αλλά αυξάνει ο αριθμός των πρωτονίων κατά ένα Οπότε προκύπτει ο πυρήνας

του αζώτου 714Ν Για κάθε άτομο του 14C η πιθανότητα να διασπαστεί σε

5730 χρόνια είναι 50 Αυτός ονομάζεται και χρόνος ημιζωής του ραδιενεργού

ισοτόπου 14C Αν σχεδιάσουμε τη γραφική παράσταση της ραδιενεργού

διάσπασης πυρήνων 14C αυτή θα έχει τη μορφή εκθετικής καμπύλης σε

συνάρτηση με το χρόνο Στον παρακάτω πίνακα βλέπουμε τις τιμές των

πυρήνων του 14C

Στη συνάρτηση ραδιενεργού διάσπασης Ν=Ν0 e-λt Ν0 είναι η αρχική ποσότητα

πυρήνων e είναι μαθηματική σταθερά ίση με 2718hellip λ σταθερά διάσπασης

και t χρόνος που μετράει και την ηλικία του δείγματος Μπορούμε επομένως

να χρησιμοποιήσουμε τη ραδιενεργό διάσπαση του 14C προκειμένου να

μετρήσουμε την ηλικία ενός παλαιού ευρήματος Η μέθοδος αυτή ονομάζεται και

ραδιοχρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα 14

Οι ζώντες οργανισμοί προσλαμβάνουν από την ατμόσφαιρα τον άνθρακα 14 και

διατηρούν σταθερή την αναλογία 14C 12C

Η αναλογία είναι περίπου ένα άτομο 14C για κάθε 83 1011 άτομα άνθρακα

Όταν ένας οργανισμός πεθάνει η αναλογία του

14

C ελαττώνεται λόγω τηςδιάσπασης β του άνθρακα -14

Ο χρόνος ημιζωής του 14C είναι 5730 χρόνια Για να μετρήσουμε την ηλικία

ενός παλαιού ευρήματος πρώτα μετράμε την ενεργότητα του 14C ανά μονάδα

μάζας και τη συγκρίνουμε με την ενεργότητα που έπρεπε να είχε όταν ήταν εν

ζωή Αντικαθιστούμε τις τιμές στην εξίσωση ραδιενεργού διάσπασης και

μπορούμε να βρούμε την ηλικία του δείγματος που είναι ίση με το χρόνο

ραδιενεργού διάσπασης των πυρήνων του άνθρακα 14

Πυρήνες 14C Χρόνια

10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η

ενεργότητα του ατμοσφαιρικού άνθρακα-14 είναι 023 Becquerelsgr14C H

ενεργότητα δείγματος βρέθηκε ίση με 00575 Becquerelsgr14C Η σταθερά

λ=ln2T12=6935730= 121 10-4 χρόνια-1 00575023=e-λt 025= e-λt

Λογαριθμούμε και τις δύο πλευρές με το φυσικό λογάριθμο και έχουμε

ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41



καμπυλώνει την τροχιά τους καθώς ενεργεί κάθετα σ αυτήν Άλλοι μαγνήτες

προκαλούν συγκέντρωση της δέσμης και εστίαση της

Στη φωτογραφία ο E Lawrence

μαζί με τον Enrico Fermi Και

οι δύο τους έπαιξαν σημαντικό

ρόλο στην πυρηνική Φυσική το

πρώτο ήμισυ του εικοστού

αιώνα

Ο Einstein σε φωτογραφία το Μάρτη του 1922 με Γάλλους συναδέλφους Ο γνωστός

Βρετανός Μαθηματικός και φιλόσοφος Bertrand Russel (1872-1970) είπε για τον Einstein laquo Ο

Einstein δεν ήταν μόνο ένας μεγάλος Φυσικός υπήρξε ένας μεγάλος άνθρωπος Ήταν σύμβολο

Ελευθερίας σε έναν κόσμο που πορεύονταν μέσα από πολέμους Αυτός παρέμενε υγιής σε έναν

άρρωστο κόσμο παρέμενε ελεύθερος σε έναν κόσμο γεμάτο φανατικούς

Einstein στο γραφείο του γύρω στα 1950

27






28







χρυσού

29







πείραμα






He4




30











2114 eHeH




31





4 x 1007825 - (4002603 + 2 x 0000549) = 0027599 u

E = mc 2 = 0027599 u x 9315 ΜeVuc2 = 2571 MeV


x x x

= 996 x 1010 χρόνια


2


+24




HPbPo 42

20882

21084


32



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42









1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16





2






Α



33



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41






28







χρυσού

29







πείραμα






He4




30











2114 eHeH




31





4 x 1007825 - (4002603 + 2 x 0000549) = 0027599 u

E = mc 2 = 0027599 u x 9315 ΜeVuc2 = 2571 MeV


x x x

= 996 x 1010 χρόνια


2


+24




HPbPo 42

20882

21084


32



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42









1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16





2






Α



33



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41







χρυσού

29







πείραμα






He4




30











2114 eHeH




31





4 x 1007825 - (4002603 + 2 x 0000549) = 0027599 u

E = mc 2 = 0027599 u x 9315 ΜeVuc2 = 2571 MeV


x x x

= 996 x 1010 χρόνια


2


+24




HPbPo 42

20882

21084


32



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42









1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16





2






Α



33



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41







πείραμα






He4




30











2114 eHeH




31





4 x 1007825 - (4002603 + 2 x 0000549) = 0027599 u

E = mc 2 = 0027599 u x 9315 ΜeVuc2 = 2571 MeV


x x x

= 996 x 1010 χρόνια


2


+24




HPbPo 42

20882

21084


32



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42









1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16





2






Α



33



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41











2114 eHeH




31





4 x 1007825 - (4002603 + 2 x 0000549) = 0027599 u

E = mc 2 = 0027599 u x 9315 ΜeVuc2 = 2571 MeV


x x x

= 996 x 1010 χρόνια


2


+24




HPbPo 42

20882

21084


32



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42









1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16





2






Α



33



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41





4 x 1007825 - (4002603 + 2 x 0000549) = 0027599 u

E = mc 2 = 0027599 u x 9315 ΜeVuc2 = 2571 MeV


x x x

= 996 x 1010 χρόνια


2


+24




HPbPo 42

20882

21084


32



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42









1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16





2






Α



33



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41



aY A z

X A z

+minus

minusrarr

42









1

e

BC ν β ++

+rarr1 15

1 16





2






Α



33



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41



















2


2 = 40026 amu





amu40331




msec)2= 455 10-12 j



Σημείωση






είναι 85 MeV



34

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41

















35






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41






σωματίδια



















χρόνια


λαΦορτίο

Μάζα

(g)

Ατομικές

μονάδες

μάζας

(amu)








36








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41








για τα






























37







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41







άπειρο 10-2

Μεταξύ


Ασθενείς


Μεταξύ

Λεπτονίων

(Νετρίνων


Βαρυτικές







quarks


u (up) 23 400

d (down) -13 700

s (strange) -13 150

c (charmed) 23 1500t (top) 23 158000 - 194000

b (bottom) -13 4700

Πίνακας (1)



e -1 511

micro -1 10566τ -1 17842

ν e 0 lt 000016

ν micro 0 lt 3

ν τ 0 lt 40

Πίνακας (2)

38
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41
































E=mc2

)

39
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41
























14









10 0

05 5730

025 10740

0125 16110

40



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41



Η





ln(025)=-1386=-λt

ν ι χ ρ ό1150010121

1386t

4-=

sdot=

41

Date post:	06-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	george-fitsilis
View:	218 times
Download:	0 times

Physik Book 2

Documents