Za hranice současné fyziky



Podobné dokumenty
Kam kráčí současná fyzika

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Standardní model částic a jejich interakcí

Od kvarků k prvním molekulám

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

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru

Černé díry ve vesmíru očima Alberta Einsteina

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

Úvod do moderní fyziky

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Gymnázium Dr. J. Pekaře Mladá Boleslav

postaven náš svět CERN

A Large Ion Collider Experiment

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

Struktura atomu. Beránek Pavel, 1KŠPA

Podivnosti na LHC. Abstrakt

Theory Česky (Czech Republic)

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

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

Petr Kulhánek: Honba za Higgsovými částicemi a moje červené poznámky

Černé díry: brány k poznávání našeho Vesmíru

STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA

Gravitační vlny detekovány! Gravitační vlny detekovány. Petr Valach ExoSpace.cz Seminář ExoSpace.

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

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

Obecná teorie relativity pokračování. Petr Beneš ÚTEF

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

Kvantová fyzika. Pavel Cejnar mff.cuni.cz. Jiří Dolejší mff.cuni.cz

2. Atomové jádro a jeho stabilita

Identifikace vzdělávacího materiálu VY_52_INOVACE_F.9.A.34 EU OP VK

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš

Rozluštění skrytých symetrií přírody

(v zrcadle výtvarné estetiky)

VY_32_INOVACE_FY.19 VESMÍR

Vesmír. Studijní text k výukové pomůcce. Helena Šimoníková D

O čem se mluví v CERNu? Martin Rybář

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

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

VYPOUŠTĚNÍ KVANTOVÉHO DŽINA

Složení hvězdy. Hvězda - gravitačně vázaný objekt, složený z vysokoteplotního plazmatu; hmotnost 0,08 M ʘ cca 150 M ʘ, ale R136a1 (LMC) má 265 M ʘ

2. Elektrotechnické materiály

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

Jaroslav Reichl. Střední průmyslová škola sdělovací techniky Panská 3 Praha 1 Jaroslav Reichl, 2017

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

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

VY_32_INOVACE_06_III./19._HVĚZDY

CERN základní informace předtím, než vyrazíme. Jaroslav Reichl, SPŠST Panská

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Zájezd do CERNu Obsah. Jakub Šerých,

Fyzika I. Něco málo o fyzice. Petr Sadovský. ÚFYZ FEKT VUT v Brně. Fyzika I. p. 1/20

Příklady Kosmické záření

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

Chemické složení vesmíru

Ing. Stanislav Jakoubek

Paul Adrien Maurice Dirac

Pohyby HB v některých význačných silových polích

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

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

Batse rozložení gama záblesků gama záblesků detekovaných družicí BATSE v letech Rozložení je isotropní.

Alexander Kupčo. kupco/qcd/ telefon:

Cesta do mikrosvěta. Martin Rybář

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

Kosmické záření a astročásticová fyzika

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

Pavel Cejnar. mff.cuni.cz. Ústav částicové a jaderné fyziky Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy v Praze

Reliktní záření a jeho polarizace. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky

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

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

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

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

ÈÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

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

CERN Otázky. a odpovědi LHC. Co je to

Vybrané podivnosti kvantové mechaniky

Od kvantové mechaniky k chemii

Pozitron teoretická předpověď

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

VESMÍR. za počátek vesmíru považujeme velký třesk před 13,7 miliardami let. dochází k obrovskému uvolnění energie, která se rozpíná

Česká zrcadla pod Andami. Martin Vlček

1. přeshraniční Zemská výstava

O původu prvků ve vesmíru

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

Temná hmota in flagranti

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

OPTIKA Fotoelektrický jev TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Všechny galaxie vysílají určité množství elektromagnetického záření. Některé vyzařují velké množství záření a nazývají se aktivní.

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš

CERN Otázky. a odpovědi LHC. Co je to

Příloha č. 1 REJSTŘÍK FYZIKÁLNÍCH POJMŮ

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

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

ČLOVĚK A ROZMANITOST PŘÍRODY VESMÍR A ZEMĚ. GRAVITACE

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

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

vysokoteplotního plazmatu na tokamaku GOLEM

ATOM VÝVOJ PŘEDSTAV O SLOŽENÍ A STRUKTUŘE ATOMU

Stručný úvod do spektroskopie

O Velkém třesku, černých dírách, temné hmotě a jiné zvířeně ( )

Transkript:

Za hranice současné fyziky

Zásadní změny na počátku 20. století Kvantová teorie (Max Planck, 1900) teorie malého a lehkého Teorie relativity (Albert Einstein) teorie rychlého (speciální relativita) Teorie velkého a těžkého (obecná relativita) Struktura atomu Elektrony Protony Neutrony

Kvantová fyzika 10 km/h 20 km/h 70 km/h 90 km/h 120 km/h 150 km/h 40 km/h h = 6.626. 10-34 h = 0.0000000000000000000000000000000006626 v = 70 km/h, v = 70.000000000000000025 km/h v = 70.000000000000000050 km/h Nikdy se neprojeví v lidských měřítkách, hraje důležitou roli v mikrosvětě

Velikost atomu Velikost atomu: 10-10 m (vodík) Velikost jádra: 10-15 m Poměr 100000:1 Veškerá hmota je z 99.99% prázdný prostor!! Jak to, že to nepoznáme? Protože naše vnímání je zprostředkováno elektromagnetickou interakcí, která vidí jen vnější elektrony

Struktura atomu Některé částice se skládají z menších dílů Kvarky Murray Gell-Mann 1929- Nobelova cena 1969 Každý kvark má jistou vlastnost zvanou barva Tři možné barvy: červená zelená a modrá Horní Dolní Podivný Šarmantní Spodní Svrchní

Co je to síla? Síla (interakce) mezi částicemi hmoty vzniká díky výměnám určitých částic

Standardní model Popisuje tři základní interakce v přírodě Elektromagnetická Silná jaderná Slabá jaderná Antičástice Umí vysvětlit a popsat (téměř) všechny pozorované jevy v přírodě

Problémy Standardního modelu 19 parametrů, které musí být určeny z experimentu hmotnosti částic, elektrický náboj parametry kvarků (barva, podivnost, půvab) Předpovídá částici zvanou Higgsův boson, která dosud nebyla pozorována Je netečná ke všem čtyřem silám, jejím úkolem je dát částicím hmotnost Neobsahuje gravitaci

Co je to hmotnost? F g = κ m m 1 r 2 2 Fg = mg Hmotnost a váha jsou dvě různé veličiny!

Higgsův mechanismus Proč mají některé částice hmotnost? Interagují s Higgsovým polem, které je tvořeno Higgsovými bosony. Tato interakce jim brání v pohybu, což se navenek projevuje jako by částice měly hmotnost. Velikost interakce s Higgsovým polem určuje velikost hmotnosti částice. Peter Higgs (1929), mechanismus získávání hmotnosti publikoval v roce 1964

Hmotnost a Higgsův boson Různé částice interagují různě s Higgsovým polem což jim dává různé hmotnosti

Hledání Higgsova bosonu Jak najít novou částici: Při srážkách částic za vysokých rychlostí dochází k uvolnění obrovské energie, která umožňuje tvorbu nových částic Čím vyšší energie, tím více nových částic se vytvoří Fyzika vysokých energií Urychlovače částic Urychlovač částic v CERN (Švýcarsko, Francie) 27 km dlouhý tunel 100 m pod zemí Urychlující magnety chlazené na -270 C

Největší mikroskop světa λ = h mv Vlnová délka objektu hmotnosti m E = mc 2 Klidová energie objektu hmotnosti m Vyšší energie = kratší vlnová délka Možnost pozorování menších objektů 14 TeV = 2.24 x 10-6 J (odpovídá energii srážky dvou komárů) Energie je malá, ale soustředěna do nesmírně malého objemu

Jak toho dosáhnout? 9300 magnetů udržuje protony na kruhové dráze Ultravysoké vakuum Nízká teplota, < 2K (-271 C)

Tunel

ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) Detektory CMS (Compact Muon Solenoid) ALICE (A Large Ion Collider Experiment) LHCb (LHC beauty)

LHC spuštěn 10. září 2008 První protony vstříknuty do hlavního tunelu 22.8.2008 Testování oběhů, vylaďování aparatury Oficiální spuštění 10.9

První objevená síla Problém gravitace Obecná teorie gravitace vytvořená Einsteinem v roce 1915 Gravitace je nesmírně slabá síla Silná jaderná Elektromagnetická Slabá jaderná Gravitační 1 1/137 10-6 10-39

Problém gravitace Neslučitelná s kvantovou fyzikou Kvantová fyzika (standardní model) popisuje interakce a objekty na atomární úrovni Teorie gravitace popisuje objekty velmi hmotné působící na velké vzdálenosti Potřebujeme vůbec aby fungovaly obě teorie současně? Existují objekty, které jsou tak malé, že vyžadují kvantový popis a zároveň tak hmotné, že vyžadují popis pomocí teorie gravitace?

Nejpodivnější objekty ve Vesmíru Černé díry Předpovězeny v roce 1783 (John Michell) Úniková rychlost v = 2GM R M R > 2 c 2G M Earth = 6 x 10 24 kg, G = 6.67 x 10-11 m 3 kg -1 s -2 Černá díra hmotnosti Země má poloměr 9 mm!! Střed černé díry nesmírně hmotný a zároveň velmi malý

Gravitační kolaps Bílý trpaslík Hmota 0.5-1 Slunce stlačena do velikosti Země 1cm 3 váží 1000kg Neutronová hvězda Hmota 1.5-2.5 Sluncí stlačena do 10km 1cm 3 váží milion tun?

Černé díry a kvantová fyzika Díky kvantové fyzice černé díry nejsou úplně černé (Hawking 1974) Díky tzv. fluktuacím vakua jsou stále vytvářeny páry částice-antičástice Pokud se takový pár vytvoří přesně na horizontu černé díry, existuje pravděpodobnost, že jedna částice z páru spadne do černé díry, zatímco druhá unikne z gravitačního pole Vypařování černých děr Pouze teoretická předpověď, z důvodu extrémně nízké teploty černých děr nikdy nebylo pozorováno. Hawking radiation

Unruhovo záření (1976) Protože v gravitační teorii platí tzv. princip ekvivalence, který říká, že gravitace a zrychlení jsou totéž, stejný efekt by se měl objevit i v případě extrémního urychlení částice Unruhovo záření Pokud velmi intenzívní laserový puls fokusujeme do mraku elektronů, urychlení elektronů intenzívním elektromagnetickým polem laser může být tak velké, že by bylo možné pozorovat Unruhovo záření

ELI Beamlines První laserové pulsy by měly být k dispozici v roce 2015, v plném provozu v roce 2017

Jak spojit gravitaci s ostatními silami? Teorie strun Základním stavebním kamenem hmoty nejsou elementární částice, ale struny Každá elementární částice je určitý vibrační stav struny

Teorie strun Planckova délka L P hg = = 2πc 35 1.616 10 m 3 Nedochází k bodovým interakcím

Teorie strun Funguje pouze v jedenáctirozměrném prostoru Nelze ji spolehlivě ověřit, protože předpovídá jevy daleko za hranicemi současné techniky Je matematicky konsistentní a předpovídá jevy, které jsou skutečně pozorovatelné Ale: Předpovídá nekonečné množství různých vesmírů ve kterých mohou platit i jiné fyzikální zákony

Rozpínání vesmíru se zrychluje existence temné energie V prvních fázích života vesmíru vznikly pouze prvky vodík, helium, lithium a beryllium. Všechny ostatní prvky vznikly ve hvězdách prostřednictvím termonukleárních reakcí

Temná hmota Galaxie obsahují mnohem víc hmoty než je obsaženo ve svítící hmotě (hvězdy) Tato hmota se projevuje pouze gravitačně

Temná hmota a temná energie

Fyzikální záhady, které čekají na vyřešení Popsat všechny čtyři síly v přírodě jedinou teorií (tzv. Teorie všeho) Najít teorii schopnou popsat co se děje uvnitř černé díry Najít Higgsovu částici a potvrdit platnost Standardního modelu Vysvětlit co je to hmotnost, náboj,... Zjistit, co je základním stavebním kamenem hmoty Vysvětlit problém temné hmoty a temné energie Úvahy co bylo před velkým třeskem