STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA

Podobné dokumenty
Standardní model částic a jejich interakcí

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

Radioaktivita,radioaktivní rozpad

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Za hranice současné fyziky

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

postaven náš svět CERN

Atom jeho složení a struktura Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

Vznik vesmíru (SINGULARITA) CZ.1.07/1.1.00/ Zpracovala: RNDr. Libuše Bartková

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

dvojí povaha světla Střední škola informatiky, elektrotechniky a řemesel Rožnov pod Radhoštěm Název školy Předmět/modul (ŠVP) Vytvořeno listopad 2012

Kam kráčí současná fyzika

Paul Adrien Maurice Dirac

HISTORIE ATOMU. M g r. ROBERT P ECKO TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Atomové jádro, elektronový obal

Jiří Grygar: Velký třesk za všechno může... 1/ 22

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1

Od kvarků k prvním molekulám

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

Příklady Kosmické záření

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

2. ATOM. Dualismus částic: - elektron se chová jako hmotná částice, ale také jako vlnění

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. neutronové číslo

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE

Atomové jádro Elektronový obal elektron (e) záporně proton (p) kladně neutron (n) elektroneutrální

Pozitron teoretická předpověď

VYPOUŠTĚNÍ KVANTOVÉHO DŽINA

2. Atomové jádro a jeho stabilita

8.STAVBA ATOMU ELEKTRONOVÝ OBAL

Identifikace typu záření

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru

Chemické složení vesmíru

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Experiment ATLAS. Shluky protiběžných částic se srážejí každých 25 ns. tj. s frekvencí. Počet kanálů detektoru je 150 mil.

Urychlovače na nebi a pod zemí, aneb Velký třesk za všechno může

Dějiny vesmíru. v kostce. Zdeněk Mikulášek, Ústav teoretické fyziky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně

Fotoelektrický jev je uvolňování elektronů z látky vlivem dopadu světelného záření.

Geochemie endogenních procesů 2. část

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

ATOM. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

Stavba atomu. Created with novapdf Printer ( Please register to remove this message.

Orbitalová teorie. 1.KŠPA Beránek Pavel

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

ATOMOVÉ JÁDRO A JEHO STRUKTURA. Aleš Lacina Přírodovědecká fakulta MU, Brno

Předmět: Technická fyzika III.- Jaderná fyzika. Název semestrální práce: OBECNÁ A SPECIÁLNÍ TEORIE RELATIVITY. Obor:MVT Ročník:II.

06 - mikrosvět a energie jader

ŠTĚPNÁ REAKCE (JADERNÁ ENERGIE)

10. Energie a její transformace

Relativistická dynamika

ČÁST VIII - M I K R O Č Á S T I C E

VY_52_INOVACE_VK64. Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen červen 2013 Ročník, pro který je VM určen

Elektrické vlastnosti látek

Úvod do laserové techniky

Theory Česky (Czech Republic)

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

VY_32_INOVACE_FY.17 JADERNÁ ENERGIE

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

ATOM. atom prvku : jádro protony (p + ) a neutrony (n) obal elektrony (e - ) protonové číslo 8 nukleonové číslo 16 (8 protonů + 8 neutronů v jádře)

školní vzdělávací program ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM DR. J. PEKAŘE V MLADÉ BOLESLAVI RVP G 8-leté gymnázium Fyzika II. Gymnázium Dr.

Mlžnákomora. PavelMotal,SOŠaSOUKuřim Martin Veselý, FJFI ČVUT Praha

Rozměr a složení atomových jader

FRANĚK A., FENDRYCHOVÁ K.: TEORIE STRUN, SUPERSTRUN A M-TEORIE

Otázka : před vstupem do reakce se to udělá jak, aby se atom s desítkami elektronů v obalu jich zbavil, tedy abychom my mu elektrony vzali.?

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Rozluštění skrytých symetrií přírody

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Struktura atomu. Beránek Pavel, 1KŠPA

Nebezpečí ionizujícího záření

2. Elektrotechnické materiály

6.3.5 Radioaktivita. Předpoklady: Graf závislosti vazebné energie na počtu částic v jádře pro částice z minulé hodiny

VZNIK FYZIKY, CHEMIE A BIOLOGIE, ANEB MŮŽE

1. Struktura hmoty. Následující schéma uvádí tento pojem do souvislosti s dalším

[KVANTOVÁ FYZIKA] K katoda. A anoda. M mřížka

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

o Mají poločíselný spin (všechny leptony a kvarky, všechny baryony - například elektron, neutrino, proton, neutron, baryony Λ hyperon...).

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

FYZIKA ATOMOVÉHO JÁDRA

ATOM VÝVOJ PŘEDSTAV O SLOŽENÍ A STRUKTUŘE ATOMU

VZNIK FYZIKY, CHEMIE A BIOLOGIE, ANEB VELKÝ TŘESK ZA VŠECHNO MŮŽE

2. 1 S T R U K T U R A A V L A S T N O S T I A T O M O V É H O J Á D R A

Podivnosti na LHC. Abstrakt

Einsteinových. podle množství. dá snadno určit osud vesmíru tři možné varianty

Moravské gymnázium Brno s.r.o. RNDr. Miroslav Štefan

Struktura elektronového obalu

ENERSOL 2015 VZDĚLÁVACÍ PROJEKT NA TÉMATA OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ ENERGIE, ÚSPORY ENERGIÍ A SNIŽOVÁNÍ EMISÍ V DOPRAVĚ STŘEDOČESKÝ KRAJ

Stručný úvod do spektroskopie

JADERNÁ FYZIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Opakování

Transkript:

ENERSOL 2011 STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA

Adresa autora projektu: Jméno, příjmení autorů projektu Enersol 2011: Jakub Rohan, Richard Měcháček Učební, studijní obor, ročník studia: Informační technologie, 2. ročník Adresa školy: Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola Jana Palacha 1840 272 01 KLADNO Jméno učitele-koordinátora projektu: Mgr. Šárka Čečrdlová Kontakt: SPŠ a VOŠ Kladno Tel/fax: Email: cecrdlova@spskladno.cz Webové stránky školy: www.spskladno.cz Práce zaslána regionálnímu centru dne: 28. 1. 2011 Podpisy autorů projektu: Podpis učitele-koordinátora projektu: 2

Úvod Toto téma jsme si vybrali, jelikož si myslíme, že je to aktuální téma ve všech odborných pořadech a článcích a také proto, že nás zajímá vše, co se týče antihmoty a vesmíru obecně. Nedávno se na internetu a v novinách objevil článek o tom, že se vědcům podařilo asi na 170 milisekund vytvořit 38 atomů antivodíku. Stručná charakteristika projektu Antihmotu bychom zařadili do kategorie obnovitelných zdrojů energie.. V tomto projektu se pojednává o její historii, využití, výrobě a budoucnosti. Blíže popisuje její fyzikální a chemické vlastnosti, výskyt ve vesmíru, proč je jí tak málo v poměru ke hmotě, Práce odpovídá na mnoho dalších otázek týkajících se právě antihmoty. 3

Antihmota Antihmota je druh hmoty, který je složen z antičástic k běžným částicím, tzn. například antiprotonů a pozitronů místo protonů a elektronů a antineutronů místo neutronů. Projevy antihmoty lze studovat ve vesmíru nebo ve specializovaných experimentech. Dnes je dokonce možné ji vyrobit, přičemž se otevírají nové možnosti fyzice, chemii a energetice. Historie Existenci antihmoty předpověděl v roce 1928 britský fyzik Paul Dirac. Brzy poté (v roce 1932) Američan Carl David Anderson antihmotu skutečně objevil ve srážkách vysokoenergetických částic kosmického záření. Pokud víme, žádná volná antihmota dnes ve vesmíru neexistuje. Astrofyzici se shodují, že těsně po velkém třesku, kdy vesmír vznikl, hmota a antihmota existovaly v rovnováze, tedy že bylo stejně antihmoty, jako hmoty. Co se s antihmotou stalo, je hádankou, která také čeká na konečné vyřešení. Dnešní popis částic hmoty a částic nosičů síly, se nazývá standardní model; tento model není bez slabin, a ačkoli už po více než 20 let úspěšně prochází všemi experimentálními testy, není standardní model úplným popisem přírody. Vlastnosti Antihmota má opačný elektrický náboj než běžná hmota, ale má stejný spin a hmotnost a její chování (např. vůči gravitaci) je stejné jako u běžné hmoty. Jinak řečeno, jsou všechna vnitřní kvantová čísla u antičástic opačná než u částic. To ovšem neznamená, že je antihmota s hmotou vyjma opačných znamének identická. Ve skutečnosti se antihmota v mnoha případech chová od hmoty odlišně. Např. při anihilaci je mezi potomky reakcí vždy o něco více hmoty, než antihmoty. Hovoříme o porušení symetrií. Foton, intermediální částice elektromagnetické interakce, je zároveň i svou antičásticí. Při setkání hmoty s antihmotou nastává anihilace, při které obě formy hmoty zaniknou a přemění se na jiné formy energie (polní částice). Při anihilaci elektronu a pozitronu dojde k uvolnění jejich klidové energie. Jednalo by se o nejúčinnější metodu získávání energie, kdyby se tato během anihilace neuvolnila ve formě jen těžko využitelného záření γ. Energie vzniklých fotonů je určena vztahem Alberta Einsteina, E=mc². 4

Tedy při setkání elektronu s pozitronem vznikají 2 fotony o energii přibližně 0,51 MeV. Pokud se elektron s pozitronem navzájem pohybují téměř rychlostí světla, nebo při anihilaci těžších fermionů, vznikají navíc další částice, např. mezony. Vznik a výskyt Antičástice vznikají v přírodě běžně materializací kosmického záření (např. při vzájemných kolizích s hmotou). Mají však zpravidla krátkou životnost, neboť rychle anihilují s okolní hmotou. Hvězdy, galaxie, ani jiné objekty tvořené z antihmoty zatím nebyly pozorovány. Anihilace hmoty s antihmotou je považována za jednu z možných příčin vzniku záblesků gama záření (GRB). V počátečních stádiích Velkého třesku vznikala velká množství hmoty i antihmoty. Nicméně veškerá vzniklá antihmota anihilovala s většinovou částí hmoty. Vědci dodnes neumí přesně vysvětlit, proč tehdy došlo k nesymetrii při interakcích hmoty s antihmotou a proč převážila hmota. Díky této nesymetrii se zřejmě ve vesmíru nachází pouze hmota. Antihmotu je možné vyrobit i uměle v urychlovačích částic. V urychlovači CERN v Ženevě a ve Fermiho laboratoři v Chicagu se podařilo z antičástic vytvořit atomy antivodíku. V jejich jádrech jsou záporné antiprotony, které jsou obíhány kladně nabitými pozitrony. Obr. 1 schéma vodíku a anti-vodíku 5

Význam Při současných znalostech lidstva ji bohužel nelze využít jako nejúčinnější ze známých zdrojů energie, i když při reakci s hmotou uvolňuje energii se stoprocentní účinností (jaderné štěpení je účinné pouze na 1,5 %). Je to dáno naprosto zanedbatelnou účinností lidstvu doposud známé metody výroby antihmoty v laboratorních zařízeních typu FERMILAB nebo CERN. Antihmotu je možné uchovávat v tzv. Penningově pasti, která ve vakuu udržuje elektricky nabité částice v soustavě magnetických polí v bezpečné vzdálenosti od standardní hmoty. Takto lze ovšem uchovávat pouze samostatně antiprotony, anebo pozitrony. Uchování kompletně sestavené antihmoty (jádro s obalem) není tímto způsobem díky její celkové elektrické neutralitě možné. Další zajímavostí je, že na rozdíl od hmoty mají atomy antihmoty částice kladně nabité v obalu a částice záporně nabité v jádru. Může být vytvořen protiklad na jakýkoliv prvek, na jakoukoliv látku, z antihmoty by mohl být zkonstruován celý vesmír. Problémem antihmoty je, udržet ji stabilní, tedy\ zabránit reakci s okolní hmotou. Použití Reakce antihmoty a hmoty má praktické využití ve zobrazovací technice v medicíně v pozitronové emisní tomografii. Během pozitivního beta-rozpadu ztrácejí nuklidy přebytek pozitivního náboje vyzářením pozitronů (protony se stávají neutrony a neutrony jsou vylučovány). Nuklidy s přebytkem pozitivního náboje jsou snadno vyrobitelné v cyklotronu a jsou převážně vyráběny pro medicínské účely. Anihilace Anihilace čili přeměna antihmoty na energii. Proces anihilace hmoty a antihmoty se jeví z hlediska efektivnosti jako ideální zdroj energie. Výhřevnost anihilačního paliva je 100 až 1000 krát větší, než u jaderného paliva. Na druhé straně však nemá anihilace elementárních částic jako zdroj energie praktický význam, jelikož pro vytvoření podmínek, při kterých může anihilace probíhat, je zapotřebí vynaložit daleko více energie, než se při procesu uvolní. Obrovská energie je nutná pro umělé získání antičástic. 6

Obr. 2 Diagram znázorňující anihilaci elektronu a pozitronu vzniklého při srážce vodíků. Při anihilaci se uvolňuje energie v podobě gama záření. Antihmota a vesmír Všechna naše pozorování dokazují, že ve vesmíru je více hmoty než antihmoty. Sluneční záření obsahuje částice, ale nikoliv antičástice. Naše galaxie je složená z hmoty, protože záření hvězd obsahuje protony a antiprotony v poměru asi 104:1 a nepozorujeme anihilaci hvězd. Při velmi vysoké teplotě v první mikrosekundě existovalo obrovské množství párů kvarků a antikvarků. Odhaduje se, že připadlo 30 milionů kvarků na 30 milionů antikvarků. Během času hmota a antihmota vzájemně anihilovaly a zůstal malý přebytek hmoty nad antihmotou. 7

Závěr Šli jsme ulicemi Kladna a ptali jsme se spoluobčanů co to je vůbec antihmota a popřípadě jsme položili otázku, jaký mají názor na nedávné vytvoření v urychlovači částic. Na 1. Otázku 15 lidí odpovědělo, že vůbec netuší, co to antihmota je, 10 lidí vědělo jen něco málo a jen 6 lidí vědělo co to je. Když jsme se zeptali těch 16 lidí na druhou otázku tak se 8 lidí bojí, že by se mohl proces vytváření antičástic zvrtnout a dojít ke katastrofě a zbytek tj. 8 lidí mělo k urychlovači pozitivní názor jako např. že tím věda pokročila krok dopředu atd. Myslíme si, že antihmota má v budoucnu mnohá využití, ať už ve fyzice nebo chemii a hlavně se mimo jiné předpokládá, že se bude používat jako palivo pro vozidla a raketoplány. Antihmota by mohla v budoucnu nahradit mnohé současné neobnovitelné nebo obnovitelné zdroje energie. Zdroje wikipedie.cz google.cz (obrázky) odmaturuj.cz 8