legi de conservare

Legi de conservare

Legi de conservare – Analiza datelor cu ajutorul graficelor – Histograme – Unități sau vectori în fizica particulelor

În toată fizica există doar șase legi de conservare. Fiecare dintre ele descrie o cantitate care se conservă, adică cantitatea totală este aceeași înainte și după ce se produce ceva. Aceste legi au restricția ca sistemul să fie închis, adică sistemul să nu fie afectat de nimic din afara lui.

Conservarea sarcinii Conservarea impulsului Conservarea masei/energiei

Conservarea momentului unghiular Conservarea barionilor Conservarea leptonilor

Să trecem în revistă legile de conservare pe care le cunoașteți din fizica clasică. Apoi, vom descrie două legi de conservare din fizica particulelor.

Conservarea sarcinii
Aceasta este folosită tot timpul în chimie. Se conservă sarcina totală din sistem.

NaOH + HCl ?
Na+OH- + H+Cl- Na+ Cl- + H+ OH- sare în apă
1+ + 1- + 1+ + 1- = 0 = 0 + 0 Verificați această interacțiune a particulelor:
p+ + nu p+ + p+
1+ + 0 1+ + 1+
1 2. Această reacție nu poate avea loc!

Conservarea momentului
Momentul, p, (un vector) este egal cu masa, m, (un scalar) înmulțit cu viteza, v, (un vector).

(p = m v)

Considerați o coliziune a unor mașinuțe de jucărie:

Înainte de ciocnire		După ciocnire
m1 = 1 kg	m2 = 2 kg	m1 = 1 kg	m2 = 2 kg
	v1 = +5 m/s	v2 = -5 m/s	v1′ = -3 m/s	v2′ = -1 m/s

Calculați viteza totală și momentul total înainte și după coliziune. Amintiți-vă că v și p sunt vectori.

.

Înainte de coliziune		După coliziune
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

Deci, viteza totală NU se conservă, dar impulsul se conservă!

Observați aceste trasee de particule (așa cum au fost calculate de un calculator) atunci când un electron și un pozitron se ciocnesc. Ce concluzie trageți?

Înainte:

După:
Se pare că impulsul nu se conservă decât dacă există una sau mai multe particule nevăzute.

În anii 1930, când conservarea impulsului părea să fie încălcată în astfel de evenimente, fizicienii particulelor și-au dat seama că trebuie să existe particule nevăzute. Așa au fost postulați pentru prima dată neutrinii, dar aceștia nu au fost descoperiți decât mult mai târziu.

Conservarea energiei/masei\>
Considerați următoarea reacție:

po g g. Adică, po (pi-zero) se dezintegrează în 2 fotoni. În cadrul de referință în care po se află în repaus, nu există energie cinetică inițială, dar, deoarece fotonii sunt în mișcare, există în mod clar energie cinetică în starea finală. Care este sursa acestei energii? Masa po a fost transformată în energie cinetică (KE). Cu alte cuvinte, masa este o formă de energie, E = mc2, numită adesea energia masei de repaus (RME). Acum, conservarea energiei are următoarea formă: KEi + RMEi = KEf + RMEf.

În acest exemplu KEi = 0. Rețineți, nu este necesar să se ia în considerare energia potențială deoarece stările inițială și finală nu interacționează.

Conservarea momentului unghiular
Momentul unghiular (L) implică poziția masei (R), precum și viteza sa unghiulară, w.

L = m R v = I w

Pe măsură ce o stea se prăbușește (sau o patinatoare pe gheață își trage în brațe), R devine mai mic, Dacă momentul unghiular se conservă, fie m, fie v trebuie să crească, atunci când R scade. Creșterea lui v pentru o patinatoare pe gheață este mult mai ușoară decât creșterea lui m! O creștere a lui v permite conservarea lui L.

m1 R1 v1= m2 R2 V2

Spin
Oriceodată auziți despre „spinul” electronilor sau al altor particule.
Cum pot particulele cu „fără dimensiuni” să aibă spin? Și, cum poate fi aceasta o caracteristică intrinsecă? La urma urmei, o minge de baseball nu-și păstrează spinul atunci când o prinzi.

Studiul „Ask the Expert” de la Scientific American oferă informații despre spin și despre istoria numelui său.
IEEE’s The Quest for the Spin Transistor discută despre spin și vorbește despre studii mai recente.

Conservarea numărului de barioni
Baronii sunt hadroni (particule compozite formate din quarci) compuse din trei quarci oarecare. Numărul de barioni se conservă în cadrul unei reacții. Trebuie să numărați fiecare barion ca +1 și fiecare antibarion ca -1. Nonbarionii au un număr de barioni de 0.

p- + p+ no + p- + p+
Acesta este un eveniment observat care conservă atât sarcina electrică, cât și numărul de barioni.

p+ p+ + po
Acest lucru conservă sarcina, dar nu și numărul de barioni, deci nu se întâmplă.

Conservarea numărului de leptoni
Există șase leptoni: trei au sarcină electrică și trei, numiți neutrini, nu au. Electronul este cel mai bine cunoscut lepton. Tau și muonul sunt ceilalți doi leptoni încărcați. Fiecare neutrino este asociat cu unul dintre leptonii încărcați.

Numărul de leptoni este, de asemenea, conservat în reacții. Din nou, leptonii au numărul leptonic de +1, antileptonii au -1, iar non-leptonii au 0.

e+ + e-p+ + p-
Acesta este un eveniment observat care conservă atât sarcina electrică, cât și numărul de barioni.

p-e- + g
Carga este conservată, dar numărul de lepioni nu este. Nu există leptoni în stânga, dar există unul în dreapta. Acest lucru nu se poate întâmpla.

În caz că vă întrebați, NU există nicio lege de conservare pentru cel de-al treilea tip de particule, mezonii, cum ar fi p.

.