prawa zachowania

Conservation Laws

Conservation Laws – Data Analysis Using Graphs – Histograms – Units or Vectors in Particle Physics

W całej fizyce istnieje tylko sześć praw zachowania. Każde z nich opisuje wielkość, która jest zachowana, to znaczy, że całkowita ilość jest taka sama przed i po wystąpieniu czegoś. Prawa te mają ograniczenie, że system jest zamknięty, to znaczy, że na system nie ma wpływu nic poza nim.

Zachowanie ładunku Zachowanie pędu Zachowanie masy/energii

Zachowanie momentu pędu Zachowanie barionów Zachowanie leptonów

Zróbmy przegląd praw zachowania, które znamy z fizyki klasycznej. Następnie opiszemy dwa prawa zachowania fizyki cząstek elementarnych.

Zachowanie ładunku
To jest używane cały czas w chemii. Całkowity ładunek w układzie jest zachowany.

NaOH + HCl ?
Na+OH- + H+Cl- Na+ Cl- + H+ OH- sól w wodzie
1+ + 1- + 1+ + 1- = 0 = 0 + 0 Sprawdź to oddziaływanie cząsteczek:
p+ + nie p+ + p+
1+ + 0 1+ + 1+
1 2. Ta reakcja nie może zajść!

Zachowanie Momemtum
Momemtum, p, (wektor) równa się masa, m, (skalar) razy prędkość, v, (wektor).

(p = m v)

Rozważmy zderzenie zabawkowych samochodzików:

Przed zderzeniem		Po zderzeniu
m1 =. 5 m/s	v1′ = -3 m/s	v2′ = -1 m/s

Oblicz całkowitą prędkość i całkowity pęd przed i po zderzeniu. Pamiętaj, że v i p są wektorami.

.

Przed zderzeniem		Po zderzeniu
m1 = 1 kg	m2 = 2 kg	m1 = 1 kg	m2 = 2 kg
Sv = +5 m/s + – 5 m/s = 0		Sv = -3 m/s + -1 m/s = -4
Sp = +5 kg m/s + -10 kg m/s = -5 kg m/s		Sp = -3 kg m/s + -2 kg m/s = -5 kg m/s

Więc, prędkość całkowita NIE jest zachowana, ale pęd jest!

Spójrz na te tory cząstek (obliczone przez komputer) podczas zderzenia elektronu i pozytonu. Do jakiego wniosku doszedłeś?

Przed:

Po:
Wygląda na to, że pęd nie jest zachowywany, chyba że istnieje jedna lub więcej niewidocznych cząstek.

W latach trzydziestych XX wieku, gdy zachowanie pędu wydawało się być naruszane w takich zdarzeniach, fizycy cząstek zdali sobie sprawę, że muszą istnieć niewidoczne cząstki. W ten sposób po raz pierwszy wysunięto postulat istnienia neutrin, ale odkryto je dopiero znacznie później.

Zachowanie energii/masy>
Rozważmy następującą reakcję:

po g g. To znaczy, po (pi-zero) rozpada się na 2 fotony. W ramce odniesienia, w której po jest w spoczynku, nie ma początkowej energii kinetycznej, ale ponieważ fotony się poruszają, w stanie końcowym jest wyraźna energia kinetyczna. Jakie jest źródło tej energii? Masa biegunów została przekształcona w energię kinetyczną (KE). Innymi słowy, masa jest formą energii, E = mc2, często nazywana jest energią spoczynkową (RME). Teraz, zachowanie energii przyjmuje następującą postać:KEi + RMEi = KEf + RMEf.

Zachowanie pędu kątowego
Pęd kątowy (L) obejmuje położenie masy (R), jak również jej prędkość kątową, w.

L = m R v = I w

Jak gwiazda się zapada (lub łyżwiarka wciąga ramiona), R się zmniejsza, Jeśli moment pędu jest zachowany, to albo m albo v musi wzrosnąć, kiedy R maleje. Zwiększenie v dla łyżwiarki jest znacznie łatwiejsze niż zwiększenie m! Wzrost v pozwala na zachowanie L.

m1 R1 v1= m2 R2 V2

Spin
Czasami słyszy się o „spinie” elektronów lub innych cząstek.
Jak cząstki o „zerowych wymiarach” mogą mieć spin? I jak to może być nieodłączną cechą? Po tym wszystkim, baseball nie zachowuje swój spin, kiedy go złapać.

Scientific American’s Ask the Expert daje informacje na temat spinu i historii jego nazwy.
IEEE’s The Quest for the Spin Transistor omawia spin i opowiada o nowszych badaniach.

Zachowanie liczby barionowej
Bariony to hadrony (cząstki zespolone zbudowane z kwarków) złożone z trzech dowolnych kwarków. Liczba barionowa jest zachowana w reakcji. Musisz liczyć każdy barion jako +1, a każdy antybarion jako -1. Niebariony mają liczbę barionową równą 0.

p- + p+ no + p- + p+
Jest to zaobserwowane zdarzenie, które zachowuje zarówno ładunek elektryczny, jak i liczbę barionową.

p+ p+ + po
Zachowuje to ładunek, ale nie liczbę barionową, więc nie zachodzi.

Zachowanie liczby leptonowej
Istnieje sześć leptonów: trzy mają ładunek elektryczny i trzy, zwane neutrinami, nie mają go. Najbardziej znanym leptonem jest elektron. Dwa pozostałe naładowane leptony to taon i mion. Każde neutrino jest związane z jednym z naładowanych leptonów.

Liczba leptonów jest również zachowana w reakcjach. Ponownie, leptony mają liczbę leptonową +1, antyleptony -1, a nieleptony 0.

e+ + e-p+ + p-
Jest to zaobserwowane zdarzenie, które zachowuje zarówno ładunek elektryczny jak i liczbę barionową.

p-e- + g
Ładunek jest zachowany, ale liczba leptonowa nie. Nie ma leptonów po lewej stronie, ale jest jeden po prawej. To nie może się zdarzyć.

Na wypadek gdybyś się zastanawiał, nie ma prawa zachowania dla trzeciego typu cząstek, mezonów, takich jak p.

.