Visuma rašanās, elementārdaļiņas

Visuma rašanās un evolūcija. Elementārdaļiņas

un fundamentālās mijiedarbības.

P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 166.-169. lpp.

Sasniedzamie rezultāti• Izmanto Lielā Sprādziena modeli Visuma attīstības skaidrojumā.

• Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.

• Apraksta elementārdaļiņu klasifikācijas iespējas.

• Apraksta fundamentālās mijiedarbības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē.

• Izprot mērīšanas metožu atšķirības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē.

Doplera efekts

http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/VM_F_10/saturs/6_temats/Doplera_efekts.pdf

Doplera efekts zvaigžņu izpētē

• Ja zvaigžņu attālums no Zemes mainās, ūdeņraža spektra līnijas nobīdās: – attālinās - sarkanais

spektrs, – tuvojas – zilais

spektrs https://forums.unrealengine.com/showthread.php?5907-The-Doppler-Effect

Habla likums• Attālināšanās ātrumu nosaka pēc galaktikas

spektra mērījumiem (Doplera efekts)

www.dzm.lu.lv/dbz/IT/VM_D_12/saturs/1.../D_12_01_VM3.ppt

Habla likums

• Visuma objekti attālinās no Zemes ar ātrumu v, kas ir tieši proporcionāls attālumam R līdz Visuma objektam

v = HR, kur

– v - galaktikas attālināšanās ātrums (km/s),– H - Habla konstante, H = 71 km/(s·Mpc),– r - attālums līdz galaktikai (Mpc).

1 Mpc (Megaparseks) = 3,1·1023 m

Attālumi starp zvaigznēm ir tik lieli, ka parasti tos nemēra metros vai kilometros, bet šādās garuma mērvienībās:

• astronomiskā vienība - vidējais attālums no Zemes līdz Saulei: 1 UA = 149,6 · 106 km;

• gaismas gads – attālums, ko gaisma veic viena gada laikā: 1 ly = 63240 UA = 946 · 1010 km;

• parseks – attālums, no kāda Zemes orbītas rādiuss ir redzams 1`` lielā leņķī: 1 pc = 3,262 ly =3,086 · 1013 km.

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 66.lpp.

Habla likuma secinājums

• Ja attālums starp Visuma objektiem palielinās, tad var formulēt pieņēmumu, ka kādreiz Visums bijis mazs un saspiests

• Ja pieņem, ka Visuma izplešanās bijusi vienmērīga, var aprēķināt, ka tas sācis izplesties pirms aptuveni 13,7 miljardiem gadu

• Aprēķinu nepieciešams precizēt, jo 1998.g. konstatēts, ka izplešanās ir paātrināta

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 66.lpp.

Lielā sprādziena modelis

http://profizgl.lu.lv/mod/book/view.php?id=19058&chapterid=4919

Lielā sprādziena modelis• Sākotnēji Visums bija niecīgs objekts ar milzīgu

blīvumu un temperatūru (Planka ēra līdz 10-43 s). • Tas strauji, sprādzienveidīgi izpletās. • Sākotnēji Visums sastāvēja tikai no

elementārdaļiņām vai to sastāvdaļām. • Visumam izplešoties, temperatūra un

blīvums pakāpeniski samazinājās un sākās kodoltermiskās reakcijas, kurās no protoniem veidojās hēlija atomu kodoli.

Lielā sprādziena modelis• Kodolrerakcijām beidzoties, Visums sastāvēja

aptuveni no 75% ūdeņraža un 25% hēlija (pāris minūtes).

• Turpmākajos 400 000 gados Visums turpināja izplesties un atdzist, līdz viela kļuva caurspīdīga un starojums varēja brīvi pārvietoties visos virzienos (reliktais starojums).

• Sākās pēdējais posms – veidojās gāzes mākoņi, zvaigznes, planētas, galaktikas.

http://www.bigbangcentral.com/theory_page.html

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 67.lpp.

Elementārdaļiņu veidi

• Atoms sastāv no elektroniem, protoniem un neitroniem

• Elektroniem nav iekšējās struktūras• Protoni un neitroni sastāv no kvarkiem, kam

nav iekšējās struktūras• Daļiņas, kurām nav iekšējās struktūras, sauc

par fundamentālām elementārdaļiņām – zināmas vairāk kā 100

https://www.youtube.com/watch?v=PRuZjOkmmWQ

Elementārdaļiņas raksturo

• elektriskais lādiņš• masa• spins (rotē ap savu asi magnētiskā lauka

virzienā vai tam pretēji)• spinam tiek pakārtots kvantu skaitlis

(elektronam ½)

Elementārdaļiņu iedalījums

• fermioni – daļiņas, kuru kvantu skaitlis ir tāds, kā elektronam (protoni, neitroni)

• bozoni – daļiņas ar kvantu skaitli 0 vai 1 (pozitīvie, negatīvie vai neitrālie pioni)

• antidaļiņas – pastāv atbilstoši katrai elementārdaļiņai (vienāda miera masa, bet pretējs kāds no citiem raksturojošiem lielumiem) – elektrons / pozitrons

Antiviela• Antidaļiņas veido antivielu (sastāv

no kodoliem – antiprotoni, antineitroni, ap kuriem riņķo pozitroni)

• Sintezē mākslīgi (Eiropas kodolpētījumu centrs CERN)

• Kad antidaļiņa saplūst ar savu daļiņu, notiek anhilācija – matērija no vielas pārvēršas lauka formā (starojuma kvantos)

http://people.physics.anu.edu.au/~cms130/phys2013/antimatter/id11.htm

https://giphy.com/search/lhc

Lielais hadronu paātrinātājs

Fundamentālās mijiedarbības

Mijiedarbības veidsMijiedarbības

attālumsMijiedarbības nozīme dabā

Mijiedarbības piemērs

Hadronu jeb stiprā mijiedarbība Ļoti mazs 10-14m

Nuklīdu pastāvēšana Kodolsintēze

Elektromagnētiskā mijiedarbības

Bezgalīgs Elementu

pastāvēšanaGaismas kvantu

izstarošana

Vājā mijiedarbības Ļoti mazsKodolu

pārvērtībasβsabrukšana

Gravitācijas mijiedarbības

Bezgalīgs Visuma uzbūve Planētu kustība

saules sistēmā

Mijiedabības spēkus nodrošina apmaiņas daļiņas jeb mijiedarbības nesējkvanti - bozoni

Elementārdaļiņas un fundamentālās mijiedarbības

• Daļiņas, starp kurām pastāv stiprā mijiedarbība un pārējās mijiedarbības – hadroni (protoni, neitroni)

• Hadroni sastāv no kvarkiem (6 kvarki un atbilstošie antikvarki, pieder pie fermioniem)

http://www.dzm.lu.lv/dbz/IT/D_12/default.aspx@tabid=3&id=630.html

protons

https://giphy.com/gifs/cern-lhc-g3GulhRwel1x6

Elementārdaļiņas un fundamentālās mijiedarbības

• Vieglās daļiņas jeb leptoni (6 leptoni) elektrons, mions, tau daļiņa, neitrīno

• starp leptoniem nepastāv stiprā mijiedarbība, pārējās pastāv

Fundamentālās mijiedarbībasMijiedarbības

veids Apmaiņas daļiņas

Hadronu jeb stiprā mijiedarbība 8 dažādi gluoni satur kopā kvarkus

Elektromagnētiskā mijiedarbības

Starojuma kvants (fotons) satur kopā elektriski lādētas daļiņas

Vājā mijiedarbības Bozoni satur kopā kvarkus un leptonus

Gravitācijas mijiedarbības

Gravitons (eksperimentāli nav atklāts) satur kopā daļiņas, kam ir masa

Visuma evolūcija

• In

flāc

ija

Kvarku ēra

Had

ronu

ēr

a

Lept

onu

ēra

Starojuma ēra Matērijas

ēra

Plan

ka

Visu

ms

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 66.lpp.

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 67.lpp.

Visuma evolūcija

5

15

25

20

10

0 5×1011 1×1012 1,5×1012 2×1012

Gadi pēc Lielā Sprādziena

Izpl

ešan

ās p

aram

etrs

Sasniedzamie rezultāti• Izmanto Lielā Sprādziena modeli Visuma attīstības skaidrojumā.

• Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.

• Apraksta elementārdaļiņu klasifikācijas iespējas.

• Apraksta fundamentālās mijiedarbības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē.

• Izprot mērīšanas metožu atšķirības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē.

Papildus informācijas avoti:• https://prezi.com/hej5_9hdqipx/habla-petijumi-un-habla-likums/ • https://lv.wikipedia.org/wiki/Parseks• www.dzm.lu.lv/dbz/IT/VM_D_12/saturs/1.../D_12_01_VM3.ppt • http://profizgl.lu.lv/mod/book/view.php?id=19058&chapterid=4919• https://www.fizmix.lv/fiztemas/pasaules-uzbuve-14/visuma-rasanas-un-evolucija • http://profizgl.lu.lv/course/view.php?id=4 - MEGAPASAULES (kosmosa) FIZIKA (Ilgonis Vilks)• http://b1v.lv/wp-content/files/fizika_12/default.aspx@tabid=3&id=610.html • http://www.bigbangcentral.com/theory_page.html • http://www.macibuvideo.lv/mervienibas-si-sistema-normalforma • http://home.cern/ • http://www.cernland.net/

JAUTĀJUMI?