Ročníková práca 2014 Kvantová fyzika a atómový reaktor Bruno Hubinský, III. A., ZŠ Kubranská Trenčín
Ročníková práca 2014
Kvantová fyzika a atómový reaktor
Bruno Hubinský, III. A., ZŠ Kubranská Trenčín
ObsahÚvod...........................................................................................................1
Kvantová fyzika – čo je to?..........................................................................2
Rýchlosť svetla........................................................................................3
Laplaceho démon....................................................................................3
Častice a atóm............................................................................................4
Atóm.......................................................................................................5
Známe častice.........................................................................................8
Cesta neutrín z CERNu do Gran Sasso.....................................................9
Ako sa chytajú častice...............................................................................12
Známe častice..........................................................................................14
Fermióny...............................................................................................14
Bozóny..................................................................................................15
Hadróny.................................................................................................15
Atómový reaktor.......................................................................................17
Termojadrová energia............................................................................17
CERN.........................................................................................................18
Čo nám to všetko prinieslo?......................................................................19
Ukážky......................................................................................................20
Crookesov mlynček alebo Crookesov rádiometer..................................20
Plazmová guľa.......................................................................................20
Autíčko na solárny pohon......................................................................20
Laser.....................................................................................................20
Prečo byť vedcom?....................................................................................21
a STÁLE UNIKÁ..........................................................................................22
Zoznam použitej literatúry........................................................................23
Odkaz na prácu:
http://bruno.scot.sk/Bruno-rocnikova-2014-text-kvantova.odt
http://bruno.scot.sk/Bruno-rocnikova-2014-prezentacia-kvantova.odp
Úvod
Za všetko môže hra Minecraft a mod Industrial Craft 2 kde je kvantové
brnenie (Quantum Suit). Začal som rozmýšľať prečo sa to volá práve
kvantové. Spýtal som sa môjho otca čo to znamená quantum.
Málo ľudí vie ako kvantovú fyziku vysvetliť a ako to v kvantovej fyzike
funguje. Vybral som si ju aj preto, lebo ma zaujíma ako funguje atómový
reaktor. Napríklad ruský fyzik Piotr Lebedev prvý zmeral, že svetlo tlačí na
hmotné telesá a preto má hmotnosť. Bez kvantovej fyziky by nebol
objavený Higgsov bozón a ani by sme nerozumeli elektrine. Atómový
reaktor sme dokázali postaviť až keď sme porozumeli základom
kvantového sveta. Energiu môžme vyrábať aj z vody, uhlia alebo niečoho
horľavého. Atómový reaktor sa správne volá jadrový, lebo v ňom
využívame energiu jadier atómu. Kvantová fyzika nám priniesla veľmi veľa
vecí, ktoré používame každý deň. napríklad GPS, procesor a počítače,
tranzistor ale aj LED diódu ktorá svieti.
Bruno Hubinský W strana 1
Kvantová fyzika – čo je to?
Vo svete veľmi malých rozmerov už neplatí, že sa veci dajú deliť na menšie
časti ako sa nám zachce ale musíme ich deliť iba po určitom množstve.
Množstvo sa povie po anglicky Quantum, preto sa fyzika veľmi malých
častíc volá kvantová.
V priestore sa môžeme pohnúť iba o
určitú malú vzdialenosť, menšia ako
najmenšia kvantová vzdialenosť
nemôže existovať. Svet je zložený ako
keby zo zrniek. Je to rovnaké ako keď
skladáme z kociek Lego, tiež existuje
najmenšia kocka a neexistuje jej
polovica. Takto po kúskoch plynie aj
čas.
Najmenšie časti hmoty sa volajú
častice, preto sa kvantová fyzika
niekedy volá aj časticová fyzika.
V kvantovej fyzike platia špeciálne pravidlá, úplne iné ako v našom svete.
Nedokážeme zmerať polohu a rýchlosť častice ale iba polohu alebo iba
rýchlosť. Ani nedokážeme povedať kde sa presne častica nachádza, vieme
to iba približne. Ak meriame alebo pozorujeme nejakú vlastnosť častice tak
týmto pozorovaním zmeníme jej stav a už nedokážeme povedať v akom je
stave. Túto vlastnosť využívame na kvantové kryptovanie. Ak príde správa
zmenená viem, že ju niekto čítal. Tento jav sa volá princíp neurčitosti.
Keď Albert Einstein napísal svoju rovnicu E=m•c² dokázal, že hmota a
energia sú to isté. Iba sa inak prejavujú.
„V časticovej fyzike platí, že keď sa zrazí jablko a jahodatak vznikne banán.“
Bruno Hubinský W strana 2
Rýchlosť svetla
Svetlo sa správa niekedy ako častica a niekedy ako vlnenie, preto
hovoríme, že má časticovo-vlnovú povahu. Žiadne teleso, ktoré má
hmotnosť nemôže letieť rýchlejšie ako svetlo.
V kvantovej fyzike je dôležitá rýchlosť svetla, 300 000 kilometrov za
sekundu alebo miliardu kilometrov za hodinu.
Presne 299 792,458 km/s čo je 1 079 252 848 km/h. Svetlo zo Slnka k nám
priletí za 8 minút a 18 sekúnd.
Laplaceho démon
Laplaceho démon ohrozil slobodu ľudskej mysle, keď Newton objavil
gravitačný zákon a dokázal, že sa dá vypočítať kam sa teleso pohne.
Budúcnosť sa dala presne predpovedať. To znamená, že by sme nemali
slobodnú myseľ. Vieme dopredu zistiť, či napríklad bedmintonový košík
odpinkneme alebo nie. Ak sa nenaučím dokážem predpovedať či dostanem
pätorku. Takýto svet sa volá deterministický, uvedomil si to Pierre-Simon
Laplace a povedal, že ak budeme mať možnosť spočítať správanie každého
atómu budeme vedieť presne predpovedať čo sa stane a nebudeme mať
možnosť to zmeniť. Nemali by sme slobodu v rozhodovaní o tom čo sa
stane. Našťastie v kvantovej fyzike existuje skutočná náhoda a princíp
neurčitosti nás zachránil.
Bruno Hubinský W strana 3
Častice a atóm
Častice sú základné časti hmoty. Niektoré
ako napríklad neutrón sú zložené z ďalších,
iné sa už nedajú rozdeliť. Nedeliteľnú
časticu voláme elementárna častica.
To, že sa svet skladá z atómov povedal
grécky filozof Démokritos z mesta Abdéra v
Trácii okolo roku 400 pred naším
letopočtom. Gréci si mysleli, že atóm sa
nedá rozdeliť. Aj slovo atomos (ἄτομος)
znamená nedeliteľný.
Atóm má obal v ktorom sú elektróny. V strede je jadro sprotónmi a neutrónmi. Skoro ako jablko.
Na konci 19. storočia vedci zistili, že atóm má v sebe záporné elektrické
časti, ktoré nazvali elektróny. Tak sa zrodil pudingový model. Navrhol ho
Joseph John Thomson, preto sa mu hovorí Thomsonov model. Neskôr
Ernest Rutherford ostreľoval zlatú fóliu jadrami hélia a zistil, že atóm má
jadro. Niels Bohr vytvoril planetárny model podobný Slnku a planétam kde
sa elektróny pohybujú ako planéty okolo Slnka. Potom prišli kvantové
zákony a vedci zistili, že častice kmitajú a vytvárajú ako keby oblak. Tento
model atómu zostavili Werner Heisenberg a Erwin Schrödinger.
Bruno Hubinský W strana 4
ako sa menila predstava o atóme
Atóm
Dlho si lúdia mysleli, že časti a atóm sú ako maličké guľôčky. To je
nesprávne. Ak by boli častice ako guľôčky, tak by sa museli ešte z niečoho
skladať. Najlepšie si časticu predstavíme ako chumáčik ktorého stred nemá
rozmer.
Atóm sa skladá z elektrónov (e-) v obale a jadra ktoré tvoria neutróny (N) a
protóny (P). Neutrón a protón sa skladá z troch kvarkov U a D a gluóny (g)
držia spolu kvarky. Ak priletí fotón (γ) tak sa zrazí s elektrónom a elektrón
získa viac energie. Neutríno (νe) preletí a z ničím sa nezrazí.
Jadro je veľmi malé. Keby mal atóm 100 metrov, toľko ako budova banky v
Bratislave, tak jadro by bolo iba ako hrášok. Protóny a neutróny by boli ako
zrnká piesku.
Bruno Hubinský W strana 5
Antičastica a antihmota
Každá častica má aj svoj opak ktorý sa volá antičastica, ktorá ma niektorú
vlastnosť presne opačnú, napríklad elektrický náboj. Ak sa zrazí častica a
antičastica tak sa stratia a vzniknú fotóny. Hovorí sa tomu že anihilujú.
Antihmota je ako naša hmota ale je zložená z antičastíc.
Vlastnosti častíc
Pri časticiach určujeme a meriame kvantové vlastnosti, ktoré sme si
pomenovali podľa našich predstáv. Jedna z vlastností sa dokonca volá
chuť (flavour) aj keď časticu nikto neochutnal a ani sa to nedá. Majú aj
vlastnosť čo sa volá farba. Také malé veci ako častice ale farbu mať
nemôžu to si len vedci tak pomenovali.
Poznáme viac ako 260 častíc. Našu hmotu vytvára len málo z nich, ostatné
sa rýchlo rozpadajú na iné častice.
Spin je energia akou sa častica točí, hovorí sa tomu moment hybnosti.
Podobá sa pohybu detského vĺčika. Spin môže byť poločíselný alebo
celočíselný.
Náboj je koľko elektriny nesie častica, číslo hovorí koľko krát má
častica náboj elektrónu. Častice môžu byť kladné aj záporné. Píšeme to
plus alebo mínus.
Hmotnosť je niečo ako váha častice. Jednotka sa volá elektrónvolt
(eV). Jeden elektrónvolt je energia, ktorú získa elektrón keď ho postrčíme
jedným voltom (ceruzková batéria má 1,5 voltu). Jeden MeV je milión eV.
Aby sme mohli dobre merať častice potrebuje špeciálne malé jednotky.
Preto pridávame napríklad ku dĺžke predpony koľko krát je to menšie alebo
väčšie. Tie predpony sa volajú SI predpony. Každá je tisíc krát viac ako
predchádzajúca. Milimeter je tisícina metra.
Bruno Hubinský W strana 6
Niektoré SI predpony sú:
T tera - bilión 1 000 000 000 000
G giga - miliarda 1 000 000 000
M mega - milión 1 000 000
k kilo - tisíc 1 000
m mili - tisícina 0.001
u mikro - milióntina 0.000 001
n nano - miliardtina 0.000 000 001
p piko - bilióntina 0.000 000 000 001
f femto - biliardtina 0.000 000 000 000 001
Používa sa aj jednotka Angstrom, to je 100 pikometrov. Jeden milimeter má
desať miliónov angstromov (Å). Atóm hélia je veľký jeden angstrom.
Interakcie
To ako na seba častice pôsobia voláme interakcia. Fotóny, bozóny a gluóny
sú špeciálne častice o ktorých horíme že prenášajú interakciu. Interakcie
sú elektromagnetická, slabá, silná a gravitačná.
Bruno Hubinský W strana 7
Interakcie častíc
Známe častice
Niektoré sú zložené iné sú elementárne. Opis častíc a ich správania sa volá
Štandardný model. Poznáme viac ako 260 častíc. Našu hmotu vytvára len
málo z nich, ostatné sa rýchlo rozpadajú na iné častice.
Fotón
Keď je v pokoji nemá hmotnosť, preto môže letieť rýchlosťou svetla.
Predpovedal ho Einstein v roku 1905. Prejavuje sa svetlom a je to
najrýchlejšia objavená častica. Fotóny môžeme používať ako zdroj
elektriny tak, že keď slnko zasvieti na solárny panel, ten ho premení na
elektrickú energiu. Solárne panely najskôr používali na družiciach lebo vo
vesmíre svieti slnko silnejšie ako na zemi a na niektoré družice svieti stále.
Nesie elektromagnetickú interakciu.
Elektrón
Je vlastne nosič elektriny. Má záporný náboj preto ho označujeme e- .
Elektróny tvoria obal atómu a krúžia okolo jadra. Elektrinu používame ju na
rôzne veci. Napríklad ju používa mikrovlnka alebo iné domáce
elektrospotrebiče. Elektrinu používa aj naše telo - srdce vytvára elektrinu
a môžeme ju merať. Prúd môže byť jednosmerný alebo striedavý. Najlepší
vodič elektriny je striebro.
Neutríno
Dokáže preletieť cez celú zemeguľu bez toho, aby do niečoho narazili. Sú
najprenikavejšie častice. V roku 2011 z CERNu do Talianska posielali
neutrína a talianski vedci si mysleli, že neutríno išlo rýchlejšie ako rýchlosť
svetla. Neskôr sa zistilo, že to bol omyl. Zaujímavé je, že neutríno je také
malé že prechádza celou zemou a ani si ju nevšimne. To preto, lebo naň
pôsobí iba slabá interakcia. Tá dočiahne len na krátku vzdialenosť. Za
sekundu nám prebehne cez ruku milióny neutrín, ktoré idú zo slnka.
Neutrína ktoré vyrobia v CERNe posielajú do Talianska len tak cez zemskú
kôru 730 km ďaleko.
Bruno Hubinský W strana 8
Cesta neutrín z CERNu do Gran Sasso
Detektor ktorý chytá neutrína sa volá OPERA. Neutrína sa veľmi málo
zrážajú s časticami preto je ťažké ich zachytiť. Zmerali asi 6000 neutrín ale
poslaných ich bolo viac ako 10 triliárd.
Bruno Hubinský W strana 9
cesta Neutrín do Gran Sasso
Gluón
Držia kvarky pohromade v zložených časticiach aby sa nerozpadli. Pritom
je zaujímavé, že nejaká hmota je tvrdá a častica si cez ňu len tak preletí.
To preto lebo atómy majú v sebe vynechaného veľa priestoru. Gluóny nesú
silnú interakciu.
Bozón
Nesú slabú interakciu. Higgsov bozón je zatiaľ najnovšia objavená častica.
Kvôli nemu postavili celý LHC v CERNe. Tam púšťali neutróny proti sebe a
zistili Higgsov bozón. Ten je zodpovedný za to, že častice majú hmotnosť.
Kvark
Existuje 6 kvarkov a 6 antikvarkov. Sú uväznené v hadrónoch ako väzni na
väzenskom dvore.
Ako vznikol názov kvarkov
Murray Gell-Mann a George Zweig navrhli v roku 1964, že by stovka
dovtedy známych častíc mohla byť chápaná ako kombinácia práve troch
elementárnych častíc. Gell-Mann si zvolil pre tieto častice názov "kvarky"
(angl. quark, množ. quarks) – nezmyselné slovo, ktoré použil James Joyce
vo svojej knihe Finnegan's Wake: "Three quarks for Muster Mark !". Zdalo
sa mu, že taký zvuk vydávajú čajky nad loďkou.
Aby ich výpočty dávali dobré výsledky, museli kvarkom priradiť zlomky
elektrického elementárneho náboja e: (2/3)e a (-1/3)e. Takéto náboje
neboli predtým nikdy spozorované. Ani kvarky – ako izolované častice –
neboli nikdy spozorované. Preto boli kvarky spočiatku považované len za
matematický výmysel. Medzičasom experimenty presvedčili fyzikov, že
kvarky nielen existujú, ale že je ich dokonca šesť (nie len tri).
Bruno Hubinský W strana 10
Prečo majú kvarky smiešne mená?
Pre kvarky existuje šesť chutí (druhov náboja). "Chute" (flavours)
znamenajú len: rozdielne druhy. Dvojica najľahších kvarkov sa volá up
(horný) a down (dolný). Mená kvarkov sú ich chute.
Tretí kvark sa volá strange (podivný). Jeho meno bolo zvolené vďaka
"nezvyčajne" dlhej životnosti takzvaných K častíc, ktoré obsahujú jeden
taký kvark. K častica bola objavená ako prvá častica obsahujúca "podivný"
kvark.
Štvrtý typ kvarku – charm (pôvabný) kvark – dostal svoje zvláštne meno z
rozmaru. Bol objavený v roku 1974 takmer súčasne na dvoch miestach – v
Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) a v Brookhaven National
Laboratory.
Piaty a šiesty kvark boli pôvodne nazvané "truth" (pravda) a "beauty"
(krása). Nuž ale samotní fyzici považovali toto označenie za príliš
"dramatické".
Bottom (spodný) kvark bol objavený v roku 1977 vo Fermi National Lab
(Fermilab), v novej kompozitnej častici - Ypsilon ().
Top kvark bolo objavený ako posledný tiež vo Fermilab-e, v roku 1995. Je to
kvark s najväčšou hmotnosťou. Táto skutočnosť už bola dávno predtým
predpovedaná, no nebola pozorovaná
Kombinácie šiestich vôní, troch farieb a antikvarkovvytvárajú 36 rôznych kvarkov.
Bruno Hubinský W strana 11
Ako sa chytajú častice...
Atómy a ani častice se nedajú vidieť v mikroskope, preto vedci stavajú
detektory. Jeden z prvých detektorov funguje tak že máme veľmi čistú
kvapalinu a z nej sme spravili niečo ako sódovku, takže sme tam pridali
plyn. To sme dali do nádoby s veľkým tlakom. Nádobu umiestnime medzi
dva silné magnety. Keď cez tekutinu preletí častica spravia sa malé
bublinky. Tak vidíme ako letela a ako sa rozpadla.
Iný detektor funguje ako čiary za lietadlom na oblohe. Je v ňom stlačený
plyn, aby sa už skoro vytvorila hmla. Keď preletí častica spraví sa stopa
ako za lietadlom.
Bruno Hubinský W strana 12
Moderné detektory už pracujú inak. Napríklad fotóny chytáme tak, že je
platnička, ktorá má veľa elektrónov. Keď do nej trafí fotón tak vystrelí
elektróny na druhú platničku tam sa zosilnia a prejdú ďalej a tam ich
zmeriame ako elektrický prúd. Takýto detektor sa volá fotonásobič.
V CERNe v detektore ATLAS alebo CMS používajú CCD detektory.
Počítač im spraví takéto obrázky.
Bruno Hubinský W strana 13
Známe častice
V tabuľkách máme napísané podaktoré známe častice, ich mená, značku,
antičasticu a iné vlastnosti.
Fermióny
Riadia sa Pauliho vylučovacím princípom, nemôžu byť na rovnakom mieste
spolu. Majú polocelý spin.
Kvarky
menomeno
anglickyznačka antičastica náboj spin
hmotnosťMeV
horný up u u 2/3 1/2 3
dolný down d d - 1/3 1/2 6
pôvabný charm c c 2/3 1/2 1300
divný strange s s - 1/3 1/2 130
vrchný top t t 2/3 1/2 173000
spodný bottom b b - 1/3 1/2 4300
Leptóny
menomeno
anglickyznačka antičastica náboj spin
hmotnosťMeV
elektrón electron e− pozitrón −1 1/2 0,51
elektrónové neutríno electron neutrino νe νe 0 1/2 0,01
mión muon μ− μ+ −1 1/2 105,70
miónové neutríno muon neutrino νμ
νμ 0 1/2 0,17
tau tau τ− τ+ −1 1/2 1777,00
tau neutríno tau neutrino ντ
ντ
0 1/2 15,50
Bruno Hubinský W strana 14
Bozóny
Dobre sa spolu znášajú. Majú celý spin. Bývajú zložené s kvarkov, alebo sú
elementárne. Nesú interakcie.
meno menoanglicky
značka antičastica náboj spin hmotnosťMeV
fotón photon γ sám sebe 0 1 nemá
W bozón W boson W− W+ −1 1 80400,00
Z bozón Z boson Z sám sebe 0 1 91200,00
gluón gluon g sám sebe 0 1 0,01
Higgsov bozón Higgs boson H0 sám sebe 0 0 125300,00
gravitón graviton G sám sebe 0 2 ???
Hadróny
Sú to častice zložené z kvarkov, platí na ne silná interakcia.
Baryóny
Patria medzi fermióny, neznášajú sa. Je ich viac ako 120 typov. Sú zložené
z troch kvarkov. Najznámejšie baryóny sú neutrón a protón lebo vytvárajú
jadro atómu.
menomeno
anglickyznačka antičastica náboj spin
hmotnosťMeV/c2
zložený zkvarkov
protón proton p+ p- 1 1/2 938,27 uud
neutrón neutron n n 0 1/2 939,57 udd
lambda lambda Λ Λ 0 1/2 1116,00 uds
omega omega Ω- Ω+ -1 3/2 1672,00 sss
Bruno Hubinský W strana 15
Mezóny
Patria medzi bozóny, dobre sa znášajú. Sú tvorené kvarkom a antikvarkom
a je ich viac ako 140 častíc.
menomeno
anglicky značka antičastica náboj spinhmotnosť
MeVzložený zkvarkov
pión pion π+ π- 1 0 139,57 ud
kaón kaon K- K+ -1 0 493,67 su
rho rho ρ+ ρ- 1 1 775,40 ud
bé mezón B mezon B+ B- 1 0 5279,00 ub
éta C eta-c ηc sám sebe 0 0 2980,00 cc
Bruno Hubinský W strana 16
Atómový reaktor
Jadrový reaktor vydáva veľké množstvo energie vo forme tepla napriek
tomu, že prísun paliva je veľmi malý (urán).
Do reaktoru sa dáva obohatený urán, z neho vyletí neutrón, ktorý rozbije
jadro uránu, to sa rozpadne na dve časti a vyletia aj tri neutróny ktoré zasa
rozbijú ďalšie jadro a tak sa to stále opakuje. To sa volá reťazová reakcia.
Pri tom vzniká veľmi veľa tepla. Teplo, ktoré vytvára jadrový reaktor,
roztáča turbíny. Turbíny roztáčajú generátor a generátor vyrába elektrinu.
Odpad, čo vyprodukuje atómový
reaktor by sa mal zakopať
hlboko do zeme. Z toho sa
vyrábajú nukleárne zbrane.
Napríklad atómová bomba.
Atómová bomba má vplyv na
celý svet. Keď Američania
bombardovali Hirošimu v
Japonsku, tak aj u nás na
Slovensku mohli ľudia, ktorí boli
vonku dostať nejakú chorobu.
Termojadrová energia
Jadrová syntéza by nám mohla poskytnúť neobmedzené množstvo energie.
Palivo pre jadrovú syntézu sa vyrába z bežných látok. Deutérium sa vyrába
z vody a trícium z lítia. Zatiaľ sme nedokázali fúzny reaktor postaviť preto,
lebo z bežných materiálov by sme museli spraviť takú nádobu kde sa dva
plyny musia zohriať na stoviek miliónov stupňov
a musia byť stlačené niekoľko sekúnd. Už sa
vyskúšalo viacero systému založených na
magnetických poliach alebo laseroch.
Vo Francúzku staviame reaktor ITER kde sa
vedci pokúsia spustiť fúziu ako vo hviezde.
Bruno Hubinský W strana 17
CERN
Názov je skratkou z francúzskeho Conseil Européen pour la Recherche
Nucléaire, čo znamená Európska rada pre jadrový výskum.
LHC je stavba kde potvrdzujú a skúmajú
častice. LHC v CERNe je urýchľovač v tvare
prsteňa. CERN sa nachádza medzi Švajčiarskom a
Francúzskom. LHC je tunel dlhý 27 kilometrov,
100 pod zemou. Skladá sa z niekoľkých
urýchľovačov. Higgsov bozón hľadali vedci preto,
aby porozumeli vesmíru. Napríklad jeho vzniku.
Higgsov bozón zapríčiňuje to, častice majú
hmotnosť.
Celé sa to začalo v roku 1949 na konferencií v Lausanne, kde bolo zistené,
že ani jedna z krajín Európy nemá dostatočné možnosti na jadrový výskum
a jedinou možnosť je spojiť svoje sily. Vybrali Ženevu, ako miesto pre
vytvorenie laboratória. Už v 70 rokoch sa začalo rozmýšľať o stavbe LEP
Veľkého Elektrón Pozitrónového urýchľovača, oficiálna výstavba začala v
roku 1983. Je to tunel dlhý 27 kilometrov a 100 metrov hlboko pod zemou.
Tento obrovský projekt začali s vierou, že sa im podarí objaviť toľko
hľadaný Higgsov bozón. V roku 1990 predstavili protokol HTTP, je to
vynález Internetu. Skutočne vznikol v CERNe. V roku 1994 sa schvaľuje
výstavba najznámejšieho projektu CERNu, LHC, Large Hadron Collider po
slovensky Veľký hadrónový zrážač. Znovu sa dúfa v objav Higgsovho
bozónu, prapodstaty vzniku vesmíru a hmoty ako takej. Dostavaný bol v
roku 2008, ako náhrada projektu LEP v tom istom podzemnom tunely jeho
súčasťou je 6 detektorov ALICE, ATLAS, LHCb, CMS, TOTEM a LHCf.
Bruno Hubinský W strana 18
Čo nám to všetko prinieslo?
Zaujímavou vecou je že energia sa dokáže
premeniť na hmotu, kde sú časy o zachovaní
hmoty. Pri zrážkach protónov sa tieto "rozbili" na
väčšie častice ako protóny, dnes vedci už medzi
hmotou a energiou nevidia veľký rozdiel. Zrážky
protónov je možné sledovať online. Ďalšou
zaujímavosť je výroba a skladovanie antihmoty.
Nie je to nič nadprirodzené. Medzi hmotou a
antihmotou je rozdiel v opačnom náboji. Klasický
atóm ma v jadre protóny a v obale elektróny u
antihmoty je to "naopak". V skutočnosti má
antihmota v jadre antiprotóny a v obale pozitróny.
Pri zrážke hmoty s antihmotou sa uvoľní obrovská energia. Zatiaľ sa tento
jav nedá nijak využiť v praxi, pretože na výrobu antihmoty je potrebné
veľké množstvo energie. Antiprotón ma tiež opačný náboj ako protón.
Vzniklo veľa užitočných vynálezov a prístrojov ktoré používajú kvantový
fyziku a veľmi nám pomáhajú. Napríklad lekárska magnetická rezonancia
zobrazuje vnútro pacienta.
Bruno Hubinský W strana 19
môj mozog na MRI
Ukážky
Crookesov mlynček alebo Crookesov rádiometer
Je to svetelný mlynček. Skladá sa
zo sklenenej nádobky, z ktorej je
vyčerpaný vzduch a vrtuľky.
Reaguje na svetlo. Funguje tak, že
fotóny narazia do jednej z
doštičiek. Na bielu prídu, odrazia
sa na čiernej a pohltia. Tak ho
roztáčajú. Prístroj vynašiel v roku
1873 chemik William Crookes ako
vedľajší produkt svojho výskumu. Snažil sa ním zmerať pôsobenie svetla,
ktoré ovplyvňovalo jeho presné chemické merania.
Plazmová guľa
V sklenenej guli je zionizovaný plyn a my do toho plynu púšťame elektrinu.
Po priložení ruky na povrch gule vidíme fotóny.
Autíčko na solárny pohon
Funguje tak, že fotóny (svetlo) dopadnú na solárny panel, ktorý ich
premení na energiu. V našom prípade na elektrinu.
Laser
Štrbinový experiment – keď svetlo prejde cez úzku
zvislú štrbinu na druhej strane sa vytvorí vlna a
svetlo sa šíri ako vodorovná čiarka.
Difrakcia (ohyb) svetla okolo drôtiku. Fotóny za
drôtikom spravia dve vlny a na stene vidíme bodky
ako sa vlny stretajú.
Bruno Hubinský W strana 20
Prečo byť vedcom?
Keď dánsky fyzik Niels Bohr (Niels Henrick
David Bohr) získal v roku 1922 Nobelovú
cenu za výskum štruktúry atómu, dostal od
pivovaru Carlsberg dom, ktorý mal potrubie
priamo z pivovaru s neobmedzenou zásobou
piva. Ten dom sa volá Carlsbergs Æresbolig.
O fyzikoch sa hovorí (a je to aj pravda), že jedia veľa orieškovej čokolády
aby sa im dobre pracovalo a aby mali veľa energie. Asi preto postavili
CERN vo Švajčiarsku.
Bruno Hubinský W strana 21
WANTED
GRAVITÓN
PREDPOVEDANÝ ALEBO ŽIVÝ
ODMENA
NOBELOVÁ CENA
SPÔSOBUJE GRÁVITÁCIU
a STÁLE UNIKÁ
Bruno Hubinský W strana 22
Zoznam použitej literatúry
• Nová mamutia kniha techniky – David Macaulay, Neil Ardley
Vydavateľstvo Slovart 1996.
• Fyzika v živej prírode – V. M. Varikaš, I. M. Varikaš, B. A. Kimbar
Slovenské pedagogické nakladateľstvo 1990
• Jeden výdych koňa – Martin Mojžiš, W Press a.s., Bratislava 2012
• Dva hrby ťavy – Martin Mojžiš, W Press a.s., Bratislava 2013
• Fyzika – 50 myšlienok, ktoré by ste mali poznať – Joane Baker
Vydavateľstvo Slovart 2013
• Vesmír v orechovej škrupinke - Stephen Hawking, Slovart 2002
• Skrytý pôvab symetrie alebo prechádzka svetom elementárnych častíc
RNDr. Štefan Olejník, DrSc. - prednáška v CVTI SR
• Metódy NMR ako ich nepoznáme, výskum materiálov
prof. Ing. Ivan Frollo, DrSc. - prednáška v CVTI SR
• Lampa .týždeň : Štefan Hríb - Vlado Černý - Martin Mojžiš
• www.linuxos.sk/clanok/cern-alebo-spojme-svoje-sily-a-um-v-prospech-/
• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/grating.html
• www.cernland.net, http://cds.cern.ch/record/1125472
• universe-review.ca/F15-particle01.htm
• www.scienceinschool.org/print/2521
• www.nationalstemcentre.org.uk/elibrary/resource/2081/diffraction-of-laser-light
• http://video.mit.edu/watch/laser-diffraction-and-interference-3751/
• www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/light/single-slit-diffraction.html
• www.youtube.com/watch?v=KT7xJ0tjB4A a youtube.com/watch?v=GzbKb59my3U
• www.planet-science.com/categories/over-11s/physics-is-fun!/2011/11/dr-quantum-
explains-quantum-physics.aspx
• www.toutestquantique.fr/
• www.vuje.sk
• www.esa.int
• Forbes 2012 / 11
• Wikipédia