banner_ardu-grill.PNG

et et

Tartu Hoiu-laenuühistu finantskool. Rahakool

Seksuaaltervise kool

Beebikool

Moekool

Õigusabikool

NAISELT NAISELE

MEHELT MEHELE

Toidukool

Väikelaste kool

Põhikool

Ametikool / Kutsekool

Gümnaasium

Ülikool / Kõrgkool

Liikluskool / Autokool

Elukool / Elukestev õpe



turvakood

lapsevanem-logo.gif

Mis on elementaarosake

Lapsevanem.ee - Sisukestev õpe lapsevanemale :: Mis on elementaarosake Matemaatika, füüsika, ajalugu, inimeseõpetus jne. Kõik selleks et abistada õppijat.Mis on elementaarosake,Matemaatika, ekool, e-kool, füüsika, ajalugu, seks, abort

Mis on elementaarosake?
JAAK LÕHMUS
Tartu Ülikooli Füüsika Insituudi vanemteadur.
Füüsika-matemaatikadoktor.

Mis puutub terminisse "elementaarosakesed",
siis peegeldab selle esimene pool
meie teadmisi nende kohta.
Enrico Fermi

Elementaarosake on midagi nii lihtsat,
et keegi ei tea sellest midagi.
Robert Oppenheimer


Meie intuitiivse ettekujutuse järgi peaks elementaarosake olema midagi sellist, millel pole sisemist struktuuri ja mida ei saa ka järelikult osadeks purustada. Ja nendest peaksid koosnema kõik teised, "mitteelementaarsed" osakesed. Kuidas niisugust osakest täpsemalt määratleda?

Tavaelus mõistetakse osakese all mingit väikest ainetükikest (väga hästi kõlavad võrukeelsed terminid "tillopalokõnõ" või "tsibiputtin") - see võiks olla kas liivatera, haavel, kuulike, hernes vms. Me võime nende osakeste küljest tükikese ära napsata või maha viilida, osakeste aineline iseloom sellest ei muutu. Küll aga on nad individuaalselt erinevad ja kordumatud. Ka kaks telliskivi tunduvad esmapilgul täpselt ühesugused, kuid lähemal vaatlusel selgub, et alati on olemas mingid väiksed erinevused (kriimud, mõrad jms.). See on makrokehade omapära.

Mikromaailma osakesed on selles suhtes hoopis teistsugused, nende vahel pole selliseid individuaalseid erinevusi pisiasjades - et mõnel elektronil oleks mingi kriim peal, teisel jälle telg veidi kõver (punktosakese korral ei kujutagi seda hästi ette!). Kvantmehaanika seisukohalt on üht ja sama sorti osakesed oma sisemiste omaduste poolest absoluutselt eristamatud. Võiks arvata, et elementaarosakesega käib kaasas mingi täiuslik iseparandav kood, mis hoiab "sordipuhtust".

Osakeste karakteristikud
Mikroosakeste maailm on suurte kiiruste ja kvantnähtuste maailm, kus kehtivad relativistliku mehaanika (erirelatiivsusteooria) ja kvantmehaanika seadused ja põhitõed, nagu näiteks osakeste laineline iseloom.

Elementaarosakese üldisest määratlusest lähtudes jätame kohe kõrvale niisugused omadused nagu kuju ja suurus. Tähtsaimad relativistlikku osakest määratlevad karakteristikud on seisumass (ei olene taustsüsteemist), elektrilaeng, sisemine omapöörlemishulk ehk spinn (ingl. k. spin - pöörlema) ja paarsus.

Nüüd võime öelda: elementaar- ehk fundamentaalosake on relativistlik kvantosake, mille karakteristikuteks (osakest määratlevateks omadusteks) on seisumass, spinn, paarsus, eluiga ja laengutüüpi kvantarvud: elektrilaeng, barüonarv, veidrus, sarm, ilu, tõde (viimaseid nelja nimetatakse ka lõhnadeks); leptonarv(ud) (e-lepton-, müüon- ja tauonarv) ning kvarkide värvid; lisaks sellele veel lagunemisprotsessid (koos nende suhteliste ehk osatõenäosustega).

Tavaettekujutuste ergutamiseks võiks öelda, et seisumass oleks vastus küsimusele "Kui raske?". Spinn ja paarsus on omadused, mis on järele jäänud osakese kujust (punkti "kuju"!). Laengutüüpi kvantarvude kohta võiksime küsida "Kuidas lõhnab?", kvarkide, gluuonite ja hadronite korral aga veel "Mis värvi?" (Ja jumala pärast - need pole siiski lõhnad ja värvid tavalises mõttes, ninaga neid juba ei nuusuta ja silmaga ei kae!)

Fundamentaalosakesed - maailmahoone kivid ja mört
Tuleb välja, et elementaarosakesed pole midagi muud kui punktid, mis kannavad teatavaid arve, osakeste karakteristikuid. Selline ettekujutus tundub olevat küllaltki formaalne.

Ainestruktuuride füüsikale on iseloomulik, et järjest sügavamale minnes muutuvad meie piltlikud ettekujutused järjest skemaatilisemateks, kenad pontsud omandavad luukere ilme ja lõpuks jäävad järele mingid kriipsujukud. Tekib loomulik küsimus - kuidas on siis meie rikkalik ainevormide maailm nendest punktidest kokku pandud?

Tegelik ettekujutus osakestest on siiski tunduvalt keerulisem. Osake kui niisugune tunneb teatud mõjutusi teiste osakeste poolt ja avaldab ka ise nendele mõju, s.t. osakesed vastastikmõjustuvad omavahel. Võib isegi öelda, et osakesed kui sellised ongi välja kujunenud omavahelistes vastastikmõjudes.

Kui nüüd ette kujutada, et mingid elementaarosakesed on aine ehituskivid, siis jõudusid, mis neid ainestruktuurides koos hoiavad, võib ette kujutada mördina. Kivid ja mört. Tuleb välja, et ka mört koosneb osakestest - vastastikmõjude vahendajatest ehk jõudude kandjatest. Ja needki on elementaarsed, struktuuritud - "punktikujulised".

Nimetus elementaarosake võeti kasutusele 1930. aastatel, tähistamaks osakesi, millest sai maailma üles ehitada. Ja nendeks olid elektron, prooton, neutron ja footon, puudu jäi(d) tuumajõudude ülekandja(d). Kuna hiljem on seda nimetust kasutatud (ja kasutatakse ka praegu) osakeste jaoks, mis ilmselt pole enam elementaarsed (hadronid!), siis on mateeria n.ö. tõelisi ehituskive ja "mörti" hakatud nimetama fundamentaalosakesteks. Mõnikord tehakse ka vahet. Ehituskive - kvarke ja leptoneid - nimetatakse fundamentaalfermionideks. Mördi osakesi - vastastikmõjude (jõudude) ülekandjaid - aga vahebosoniteks.

Tänapäeva arusaamad aine ehituse alalt on praeguseks summeeritud osakestefüüsika Standardmudelisse, mille kohaselt kogu nähtav materiaalne maailm, Universum, on üles ehitatud fundamentaalfermionidest, kvarkidest ja leptonitest, kolme jõu - (1) tugeva kvarkidevahelise jõu, (2) nõrka ja elektromagnetilist jõudu ühendava elektronõrga jõu ja (3) gravitatsiooni vahendusel. Neid jõudusid (ehk vastastikmõjusid ehk interaktsioone) kannavad üle vastavad vahebosonid: (1) gluuonid, (2) footon ja nõrga mõju vahebosonid ning (3) praegu veel hüpoteetiline graviton.

Osake väljade kvantteoorias
Osakestefüüsika eksperiment näitab osakestevaheliste jõudude huvitavat ja rikkalikku ilmingut väga mitmesuguste muundumisprotsesside näol, kus ühed osakesed kaovad ja teised tekivad, muidugi kooskõlas kindlate jäävusseadustega. Meie kriipsujukudel , õigemini karakteristikutega ehitud punktidel, näib eluvaim sees olevat.

Osakese määratlusest relativistliku kvantosakesena jääb väheseks nende protsesside mõistmiseks, sest tavaline kvantmehaanika ei kirjelda osakeste teket ja kadu, selleks tuleb kvantosakese lainelist iseloomu üldistada osakesele vastavaks väljaks ja käsitleda osakest kui selle välja kvanti. Väli tähendab seda, et igas ruumipunktis on antud suurus, mis võib ajas muutuda. Kvantvälja korral on igas punktis võnkesüsteem, mis oma seisundit muutes kas kiirgab või neelab välja kvante, väljale vastavaid osakesi. Kui väli saab energiat juurde või annab ära, suureneb või väheneb vastavate osakeste arv. Välja olekut, kus osakesed puuduvad, nimetatakse selle välja vaakuumiks. Väljade kvantteooria seisukohalt ruum pole midagi muud kui kõikide füüsikaliste väljade vaakuum. (vt. trükinumbrist Leo Sorgsepp. "Mikroreaalsuse tunnetamisest")

Väljade kvantteooria on suur ja vägev teooria, mis sai aluse osakeste elektromagnetilist vastastikmõju kirjeldavast kvantelektrodünaamikast. Kuigi see ei sobinud otseselt teistele mõjudele, sai ta siiski aluseks kvantkromodünaamikale, mis kirjeldab kvarkidevahelist mõju, ja elektronõrga interaktsiooni teooriale, mis ühendab elektromagnetilist ja nõrka mõju. Teoreetikute unistuseks on luua ühtne teooria, mis haaraks n.-ö. "ühtse raamiga" kõik osakesed ja vastastikmõjud, gravitatsioon kaasa arvatud. Niisuguse teooria rolli püüdleb superstringiteooria, mida nimetatakse isegi Kõiksuse teooriaks (ingl. TOE - Theory of Everything; vt. trükinumbrist Jüri Örd. "Uued vaated mikromaailmale"). Mittespetsialisti kohutab nende teooriate matemaatiline keerukus, kusjuures viimatimainitu juures on seda häda kurtnud ka teooria loojad ise.

Saaga kurb lõpp - kvargid jäävad vangi
Antiik-Kreeka aegadest kuni möödunud sajandi keskpaigani jõudis inimmõte Demokritose jagamatust atomosest kuni keemia aatomini. Saja aasta jooksul elektroni avastamisest 1897 kuni tänaseni on mateeria struktuuris avastatud sügavuti kolm uut taset: tuumad, nukleonid (prootonid ja neutronid), kvargid ehk teiste sõnadega: aatomi ehitus (koosneb tuumast ja elektronkattest), tuuma ehitus (koosneb nukleonidest) ja nukleoni ehitus (koosneb kvarkidest).

Viimane, nivoo mateeria struktuuris on mõneski mõttes eripärane. Kui seni oli mateeria struktuuride uurimine toimunud koost lahti võtmise vaimus, siis see nivoo andis kvarkide vangistuse. Kvarkide jaoks nähtavasti pole olemas vaba olekut, seda "omaette olemist", millega me oleme harjunud kõigi teiste osakeste korral. (Vt. trükinumbrist Ilmar Ots. "Kvargid - hadronite vangid")

Mida tähendab aga edaspidiseks kvarkide vangistus? Kas tähendab see taoliste struktuurinivoode lõppu ja millegi täiesti uue algust!? Kas on kuidagimoodi võimalik uurida vangistatud osakeste struktuuri? On vahest mõistlik, kui me need küsimused esialgu küsimusteks jätamegi.


3 / 1 9 9 8 A P R I L L HORISONT

printerisõbralik versioon esita küsimus
viimati toimetatud: 21. 04. 2005. 10:18