פיזיקה של חלקיקים

1. פיזיקה של חלקיקים

2. חומר מולקולות אטומים • ממה העולם מורכב ? • ממה חומר מורכב ? • ממה מולקולות מורכבות ? • ממה אטומים מורכבים ? • מטרת התחום "הפיזיקה של החלקיקים", היא לחקור את החלקיקים הבסיסים ביותר שמרכיבים את כל מה שקיים סביבנו. • אנחנו מצליחים להבין ולהסביר את הטבע בעזרת מתמטיקה, איך נראית המתמטיקה המתארת את החלקיקים ? מחלקיקים : פרוטונים, ניוטרונים ואלקטרונים

3. המודל הסטנדרטי של החלקיקים

4. החלקיקים הבסיסים ביותר הידועים כיום בצורה פשוטה יותר, הנוסחא מתארת את החלקיקים ואת האינטרקציות השונות ביניהם האלקטרון נמצא כאן אבל איפה הפרוטונים והניוטרונים ? הפרוטונים והניוטרונים אינם חלקיקים בסיסים, הם מורכבים מחלקיקים קטנים יותר הנקראים קוורקים אלקטרון

5. הפרוטון • הפרוטון בנוי משלושה קווורקים • כמה שוקל הפרוטון ? • 1.672 621 637(83) x 10 -27 kg = 0.000000000000000000000000001672 kg • נצפה שמסת כל קוורק הוא 1/3 ממסת הפרוטון. • למעשה סכום המסות של שלושת הקוורקים יחדיו הוא רק 1/100 ממשקל הפרוטון ! • האינטרקציה בין הקוורקים מקימת את רוב מסת הפרוטון

6. מכניקת הקוונטים • חלקיקים הם מאוד קטנים, למשל הרדיוס של הפרוטון הוא 1.2x10-15 m = 0.0000000000000012 • חלקיקים כל כך קטנים לא פועלים לפי החוקים שאנחנו מכירים מחיי היום יום אלא לפי מכניקת הקוונטים. • לדוגמא : • לא הבנתם, זה בסדר אף אחד לא מבין !

7. מהירות האור • אינשטיין טען כי מהירות האור היא המהירות הגבוהה ביותר אליה ניתן להגיע. • מהי מהירות ההתקדמות של האור ? • האם זה מהיר ? כמה זמן לוקח לאור להגיע לכוכב הקרוב ביותר למערכת השמש ? • כמה זמן לוקח לאור להגיע מהשמש לכדור הארץ ? • נחזור לנקודה הראשונה, מהירות האור היא הגבוהה ביותר אליה ניתן להגיע. לא משנה כמה אנרגיה נשקיע בלנסות ולגרום לחלקיק לנוע במהירות האור לעולם לא נצליח להגיע למהירות זאת. 4.4 שנים 8.5 דקות

8. מאיץ חלקיקים • מהו מאיץ חלקיקים ? • מאיץ חלקיקים הוא מכונה מסובכת מאוד ! אשר מאפשרת האצת חלקיקים והבאתם למהירות גבוהה, בדר"כ אלו אלקטרונים או פרוטונים. • מכירים מאיץ חלקיקים מחיי היום יום ? הטלוויזיות הישנות הוא בעצם מאיץ חלקיקים קטן

9. מה היה לנו עד עכשיו • פרוטונים • מהירות האור • מאיצי חלקיקים

10. ? LHC מהו ה – • מאיץ חלקיקים שמאיץ פרוטונים למהירות קרובה למהירות האור. • המאיץ נמצא על הגבול בין שוויץ וצרפת כ 200 מטר מתחת לפני האדמה, האורך שלו הוא 27 ק"מ, כמו המרחק בין באר יעקב לתל אביב.

11. ? LHC מהו ה – • כל שניה הפרוטונים משלימים כ 11,000 סיבובים. • הפרוטונים מגיעים משני כיוונים שונים ומתנגשים זה בזה • הם נעים במהירות של כ 99.99% ממהירות האור, האנרגיה שהמכונה צורכת שוות ערך לצריכת האנרגיה של 40,000 אנשים ביחד.

12. גלאי החלקיקים ATLAS החלק הישראלי • לאחר ההתנגשות בין שני פרוטונים צריך לגלות את החלקיקים שנוצרים. • פרויקט בינלאומי מבערך 20 מדינות שונות ואלפי מדענים. • חלק מהגלאי נבנה בישראל, בשיתוף של אוניברסיטת תל אביב, הטכניון ומכון ויצמן

14. חדר הבקרה

15. מה נוצר מההתנגשות ? • כתוצאה מההתנגשות נוצרים חלקיקים חדשים, • בגלל שהמתמטיקה מסובכת נהוג להציג את תהליכי ההתנגשות בציורים:

16. מה נוצר מההתנגשות ? • ה LHC הוא לא הניסוי הראשון מסוגו. מחקר באמצעות מאיצי חלקיקים קיים כבר בערך 70 שנה, כיום ישנם מספר מאיצים פעילים ברחבי העולם. • הרבה מאוד חלקיקים נמצאו בעבר, למעשה ישנו ספר ארוך מאוד המכיל רשימות של החלקיקים כמו ++∆ .

18. בשביל מה כל זה ? • תרומה עקיפה, במהלך השנים התחום תרם לפיתוח וקידום של הטכנולוגיה, דוגמא חשובה היא האינטרנט. האינטרנט התחיל ממאיצי חלקיקים. • הבנה טובה יותר של היקום בו אנו חיים, כמה דוגמאות :

19. מימדים נוספים • כיום ידועים לנו ארבעה מימדים • זמן • 3 מימדים מרחבים ( כל נקודה במרחב ניתן לתאור ע"י שלוש קורדינאוטת ) • כיצד יראו מימדים נוספים? , לנו קשה לדמיין יותר משלושה מימדים מרחבים, אבל מה לגבי נמלה שהולכת על חבל ?

20. אנטי חומר • לכל חלקיק ישנו אנטי – חלקיק • כאשר חלקיק ואנטי חלקיק נפגשים הם נהפכים לאנרגיה ונעלמים. • אבל כל החומר שאנחנו רואים מסביבנו הוא חומר, • איפה כל האנטי חומר ?

21. חומר אפל רוב החומר ביקום בכלל לא ידוע לנו, הסברה הרווחת היום היא :

22. חור שחור • חור שחור, הוא בעצם ריכוז גבוה מאוד של מסה בחלל קטן מאוד, הוא מושך גופים אחרים בכח עצום כך שאפילו קרן אור לא מסוגלת לברוח ממנו. למשל כדי שכדור הארץ יהפוך להיות חור שחור היינו צריכים לדחוס אותו לגודל של 0.9 ס"מ. • יש פיזיקאים הטוענים כי תתכן היווצרות של חורים שחורים זעירים ב LHC, אבל אל תדאגו ברגע שהוא יווצר הוא מיד יתפרק לחלקיקים אחרים.