Opetus: Fysiikka

Arviointi

Kokeet, tuntityöskentely (tehtävät) ja tuntiaktiivisuus.

7. lk: Lämpö

Mitä fysiikka on. Perusmittaukset

Experiment: Perusmittaukset

8. lk: Liike ja voima

Nopeus

• 

  Nopeuskuvaaja

• 

  Piirrä kolmiot

• 

  Merkitse muutokset yhtälönä

• 

  Merkitse muutokset numeroina

• 

  Laske muutokset

• 

  Caption1

• 

  Nopeuskuvaaja

• 

  Nopeuskuvaaja

• 

  Nopeuskuvaaja

Voimat ja vuorovaikutus

Voima- ja vastavoima: https://twitter.com/Rainmaker1973/status/1434049149851275264?s=09

9.lk

Standardimalli

Standardimalli

Noin neljä perusvuorovaikutusta.

• Gravitaatio pitää galaksit ja maailmankaikkeuden kasassa
• Sähkömagneettinen pitää atomit kasassa. Fotoni.
• Vahva voima pitää ytimet kasassa. Gluoni.
• Heikko voima hajottaa ytimet. W- ja Z-bosoni.

Atomin osat. Miksi ydin pysyy kasassa, koska sähköinen voima. 2 protonia: kiihtyvyys n. 13000km/s. Uraani? Vahva voima.

• Protoni: 2u + d. Tai sitten ei: https://cerncourier.com/a/the-proton-laid-bare/
• Neutroni: u + 2d
• Elektroni: e

Vahva voima (gluonit).

• Protoneita enintään 119: lyhyt kantama.
• Protonien välillä (ydinfysiikka), kvarkkien välillä (hiukkasfysiikka)

Heikko voima (W- ja Z-bosonit hyvin raskaita; toinen varattu toinen ei).

• Tunnistaa spinin ja erottaa materian antimateriasta.

Betahajoaminen $\beta$: $\beta ^{-}$ tai $\beta ^{+}$.

• ^{14 ₆ C → 14 ₇N + e− + ν_e}
• ^{3₁H → 3₂He + e− + ν_e}
• n → p + e⁻ + ν_e.
• Baryonit: kolmesta kvarkista koostuva hiukkanen: atomit
• Leptonit. Leptonien säilyminen 1930-luvulla?

$\beta ^{-}$-hajoaminen

Säilymislaki	01n	→	11p	+	$_{-1}^{0}\beta ^{-}$	+!	${\overline {\nu }}_{e}$
Q (varaus)	0		+1		-1		0
B (baryonit)	+1		+1		0		0
L (lepton)	0		0		+1		-1

Sama $\beta ^{+}$-hajoamisesta. Skipataan, mutta sama kvarkeilla (hiukkasfysiikkaa):

• ₀¹n → ₁¹p + $_{-1}^{0}\beta ^{-}$ + ${\overline {\nu }}_{e}$
• udd → uud + $_{-1}^{0}\beta ^{-}$ + ${\overline {\nu }}_{e}$

$\beta ^{-}$-hajoaminen

Säilymislaki	d	→	u	+	$_{-1}^{0}\beta ^{-}$	+!	${\overline {\nu }}_{e}$
Q (varaus)	-1/3		+2/3		-1		0
B (baryonit)	+1/3		+1/3		0		0
L (lepton)	0		0		+1		-1

Leptonit (kreikka, pieni).

Elektroni

• Massa (e:n suhteen): $1$
• Elinaika: $\infty$
• Valo ja koko kemia

Muoni

• Massa (e:n suhteen): $207$
• Elinaika: $2.2\times 10^{-6}$
• G-2 -koe, jossa mitattiin muonin pyörimistä. . .

Tau

• Massa (e:n suhteen): $3478$
• Elinaika: $2.9\times 10^{-13}$

Neutriino

• Radioaktiivisuus näytti rikkovan energian säilymislakia
• vuorovaikuttaa vain heikon vrk:n kautta
• Vuonna 1962 löydettiin kaksi muuta neutriinoa.
• Auringosta tuli 1/3 siitä määrästä neutriinoista mitä tuli tulla: ehkä se vaihtaa identiteettiä (neutriino-oskillaatio). 1998-2001 neutriino-oskillaatio todistettiin.

Fermilabin videoita: https://www.youtube.com/c/fermilab/playlists

Säteily

Beta-hajoaminen

α-säteily: Pysähtyy paperiin. He-ydin, eli 2p + 2n. Tunneloituminen.

β-säteily: Pysähtyy paksuun alumiinifolioon. Koostuu elektroneista (tai positroneista). Esimerkiksi

³²₁₅P → ³² ₁₆S⁺ + e⁻ + ν^e. (Pitäisi olla elektronin antineutriino, yläviivalla).

¹⁴₆C → ¹⁴ ₇N⁺ + e⁻ + ν^e. (Pitäisi olla elektronin antineutriino, yläviivalla).

²³₁₂Mg → ²³ ₁₁Na^- + e⁺ + ν^e.

Eli jotta varaus säilyy, protonin on muututtava neutroniksi:

• ₀¹n → ₁¹p + $_{-1}^{0}\beta ^{-}$ + ${\overline {\nu }}_{e}$
• udd → uud + Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle ^0_{-1}\beta^-} + Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \overline{\nu}_e}

https://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Nuclear%20physics/Nuclear%20structure/text/Feynman_diagrams/index.html

γ-säteily: Läpäisee 3m teräbetonia. Suhteellisuusteoria Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle E=mc^2} . Esimerkki ⁶⁰ ₂₇Co → ⁶⁰ ₂₈Ni* + e⁻ + ν^e + γ (1.17 MeV, viritystilan N^* purkautuessa)

Minkä atomien ytimet joutuvat viritystilalle?

Massavaje

	60 27Co	→	60 28Ni*	+	e−	+	νe
Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle m}	59.9338222 u		59.9307864(7) u		5.48579909065(16)×10−4
Yhteensä	59.9338222 u		59.931334979909065
Erotus	0.002487220090935 u
Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle E=mc^2}

Feynmanin diagrammit -- hauskaa vain

• 

  Kahden elektronin törmäyksessä (sironta) ne muuttavat suuntaa (liikemäärää), mutta se mielenkiintoinen asia on itse törmäys. Oikeasti ne vaihtavat hiukkasta, jota kutsutaan virtuaaliseksi fotoniksi.

• 

  Elektronin ja sen antihiukkasen positronin annihilaatio kahdeksi fotoniksi. https://en.wikipedia.org/wiki/Electron%E2%80%93positron_annihilation#/media/File:Electron_Positron_Annihilation.png

• 

  Elektronin ja positronin annihilaatiossa syntyy fotoni, joka hajoaa elektroni-positroni-pariksi. Tässä ja edellisessä on eri propagaattori.

• 

  Virtuaalinen fotoni voi tehdä vaikka mitä. Tässä esimerkissä se tuottaa elektroni-positroni -parin, joka taas annihiloituu fotoniksi.

• 

  Elektronin ja positronin annihilaatiossa voi syntyä myös kvarkkipari. Toinen antikvarkki. Lisäksi tulee gluoni, joka sitoo kvarkit.

For a comprehensive overview of QED, see Peskin and Schroeder's text. https://zzxianyu.files.wordpress.com/2017/01/peskin_problems.pdf