REFERAT GEOGRAFIE: PARTICULELE ELEMENTARE SI FORTELE NATURII

label Referate autorenew 2025-09-29, 16:56 history_edu Gabriela
Aristotel credea ca toata materia din univers era formata din patru elemente de baza: pamant, aer, foc si apa. Asupra acestor elemente actionau doua forte: gravitatia, tendinta pamantului si apei de a cadea si levitatia, tendinta aerului si focului de a se inalta. Divizarea continutului universului in materie si forte se mai utilizeaza si astazi.Aristotel credea ca materia era continua, adica, o bucata de materie se poate diviza in bucati din ce in ce mai mici fara limita: niciodata nu se poate ajunge la un graunte de materie care sa nu mai poata fi divizat. Totusi, cativa greci, ca Democrit, sustineau ca materia era in mod firesc granulara si ca totul era format dintr-un numar mare de atomi de diferite tipuri. (Cuvantul atom inseamna in greceste "indivizibil".) Secole intregi discutia a continuat fara o dovada reala de-o parte sau de alta, dar in 1803 chimistul si fizicianul britanic John Dalton a explicat combinarea compusilor chimici intotdeauna in anumite proportii prin gruparea atomilor in unitati numite molecule. Totusi, discutia intre cele doua scoli nu s-a rezolvat in favoarea atomistilor pana in primii ani ai acestui secol. Una dintre dovezile fizice importante a fost furnizata de Einstein. Intr-o lucrare scrisa in 1905, cu cateva saptamani inainte de faimoasa lucrare asupra relativitatii speciale, Einstein a aratat ca ceea ce se numea miscarea browniana miscarea neregulata, intamplatoare a unor particule mici de praf suspendate intr-un lichid se putea explica prin efectul ciocnirilor atomilor de lichid cu particulele de praf.In acel moment existau deja suspiciuni ca acesti atomi nu ar fi, totusi, indivizibili. Cu cativa ani inainte, un membru al Trinity College, Cambridge, J. J. Thomson, demonstrase existenta unei particule de materie numita electron, care avea o masa mai mica decat o miime din masa atomului cel mai usor. El a utilizat o instalatie asemanatoare cu un tub modern de televizor: un filament incandescent emitea electroni si deoarece acestia au o sarcina electrica negativa, se poate utiliza un camp electric pentru a-i accelera catre un ecran acoperit cu fosfor. Atunci cand ei loveau ecranul, apareau scanteieri. Curand s-a realizat ca acesti electroni trebuie sa provina din atomi si in cele din urma, in 1911, fizicianul britanic Ernest Rutherford a aratat ca, intr-adevar, atomii de materie au o structura interna: ei sunt formati dintr-un nucleu extrem de mic, incarcat pozitiv, in jurul caruia se misca pe orbita mai multi electroni. El a dedus aceasta din analiza modului in care sunt deviate particulele a, care sunt particule incarcate pozitiv, emise de atomi radioactivi, atunci cand se ciocnesc cu atomii.La inceput s-a considerat ca nucleul atomului era format din electroni si mai multe particule incarcate pozitiv, numite protoni, de la cuvantul grec care insemna "primul", deoarece se credea ca este unitatea fundamentala din care era facuta materia. Totusi, in 1932, un coleg al lui Rutherford de la Cambridge, James Chadwick, a descoperit ca nucleul continea o alta particula, numita neutron, care avea aproape aceeasi masa ca si protonul, dar nu avea sarcina electrica. Chadwick a primit premiul Nobel pentru descoperirea sa si a fost ales profesor la Gonville and Caius College, Cambridge (colegiul in care eu fac parte acum din comitetul de conducere). Mai tarziu el si-a dat demisia din postul de profesor datorita neintelegerilor cu colegii sai. Au fost discutii aprinse in colegiu de cand un grup de membri tineri care s-au intors dupa razboi au votat scoaterea membrilor mai in varsta din functii pe care le detineau de mult timp in colegiu. Aceasta a fost inainte de a veni eu; eu am venit la colegiu in 1965, la sfarsitul discutiilor, cand dezacorduri similare l-au fortat sa demisioneze pe un alt profesor detinator al premiului Nobel, Sir Nevill Mott.Pana acum circa douazeci de ani s-a crezut ca protonii si neutronii erau particulele "elementare", dar experimentele in care protonii se ciocneau cu alti protoni sau ; electroni cu viteza mare aratau ca ei erau formati, de fapt, din particule mai mici. Aceste particule au fost numite quarci de Murray Gell-Mann, fizician la Institutul Tehnologic din California, care a castigat premiul ; Nobel in 1969 pentru lucrarile sale asupra acestora. (Originea numelui este un citat enigmatic din James Joyce: "Three quarks for Muster Mark! ". Se presupune ca cuvantul quark se pronunta ca si quart dar cu un k la sfarsit in Ioc de t, pronuntandu-se de obicei astfel incat sa rimeze cu lark.)Exista mai multe varietati de quarci: se crede ca exista cel putine sase "arome" pe care le numim sus (up), jos (down), straniu (strange), fermecat (charmed), baza (bottom) si varf (top). Fiecare aroma apare in trei "culori": rosu, verde si albastru. (Trebuie subliniat ca acesti termeni sunt doar denumiri: quarcii sunt mult mai mici decat lungimea de unda a luminii vizibile si deci ei nu au o culoare in sensul propriu al cuvantului. Rezulta ca fizicienii moderni par sa aiba moduri mai imaginative de numire a noilor particule si fenomene ele nu se mai limiteaza la limba greaca!) Un proton sau un neutron este format din trei quarci, cate unul din fiecare culoare. Un proton consta din doi quarci sus si un quarc jos; un neutron con(ine doi jos si unul sus. Putem crea particule facute din ceilalti quarci (straniu, fermecat, baza si varf, dar toate acestea au o masa mult mai mare si se dezintegreaza foarte rapid in protoni si neutroni.Stim acum ca nici atomii, nici protonii si neutronii din atomi nu sunt indivizibili. Astfel, problema este: Care sunt adevaratele particule elementare, caramizile de baza din care este facut totul? Deoarece lungimea de unda a luminii este mult mai mare decat dimensiunea unui atom, nu putem spera sa "privim" in mod obisnuit partile unui atom. Avem nevoie sa utilizam ceva cu o lungime de unda mult mai mica. Asa cum am vazut in capitolul anterior, mecanica cuantica ne spune ca toate particulele sunt de fapt unde si ca, cu cat este mai mare energia particulei, cu atat este mai mica lungimea de unda a undei corespunzatoare. Astfel, raspunsul cel mai bun pe care il putem da intrebarii noastre depinde de cat de mare este energia disponibila a particulei; deoarece aceasta determina cat de mica este scara la care putem privi. Energiile particulelor se masoara de obicei in unitati numite electron-volti. (In experimentele cu electroni, am vazut ca Thomson a utilizat pentru accelerarea electronilor un camp electric. Energia pe care o castiga un electron de la un camp electric de un volt este ceea ce numim electron-volt.) In secolul al nouasprezecelea, cand singurele energii ale particulelor pe care oamenii stiau sa le foloseasca erau energiile joase de cativa electron-volti generate de reactii chimice cum este arderea, se credea ca atomii erau unitatile cele mai mici. In experimentul lui Rutherford, particulele a aveau energii de milioane de electron-volti. Mai recent, am invatat cum sa utilizam campurile electromagnetice pentru a da particulelor energii la inceput de milioane si apoi de miliarde de electron-volti. Si astfel stim ca particulele care erau considerate "elementare" acum douazeci de ani sunt formate de fapt, din particule mai mici. Se poate ca, pe masura ce mergem spre energii mai inalte sa gasim ca acestea sunt formate din particule si mai mici? Desigur, acest lucru este posibil, dar avem unele motive teoretice sa credem stim, sau suntem foarte aproape de a cunoaste, ultimele caramizi ale naturii.Utilizand dualismul unda/particula discutat in capitolul anterior, totul in univers, inclusiv lumina si gravitatia, se poate descrie in functie de particule. Aceste particule au o proprietate numita spin. Un mod de a considera spinul este de a imagina particulele ca niste mici titirezi care se rotesc in jurul unei axe. Totusi, aceasta poate conduce la o intelegere gresita, deoarece mecanica cuantica ne spune ca particulele nu au o axa bine determinata. Ceea ce ne spune in realitate spinul unei particule este cum arata particula din diferite directii. O particula de spin 0 este ca un punct: ea arata la fel din diferite directii (fig. 5.1-i). Pe de alta parte, o particula de spin1 este ca o sageata: ea arata diferit din directii diferite (fig. 5.1-ii). Particula arata la fel numai daca se efectueaza o rotatie completa (360 grade). O particula de spin 2 este ca o sageata dubla (fig. 5.1-iii): ea arata la fel daca se efectueaza o jumatate de rotatie (180 grade). Asemanator, particulele de spin mai mare arata la fel daca se rotesc cu fractiuni mai mici dintr-o rotatie completa. Toate acestea par destul de simple, dar este remarcabil ca exista particule care nu arata la fel daca se efectueaza doar o rotatie completa: trebuie sa se efectueze doua rotatii complete! Particulele de acest fel au spin 1/Z.