Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 14 dotazů obsahujících »neutrino«
4) Hmotnost vybité baterie
07. 12. 2003
Dotaz: 1.) Dobrý den, zajímá mě, jestli nabitá baterie váží více, než když se vybije.
Jestliže je hmota energií, tak by měla být baterie po vybití lehčí, ne?
2.) Pokud vím, tak ve Slunci se mění protony na neutrony za vzniku neutrin a
elektronů. Měl jsem dojem, že právě z onoho náboje vznikne neutrino, jenže na
internetu nějak nejsem schopen najít důvěryhodné informace o hmotnostech
neutronu a protonu... (Vítězslav)
Odpověď: 1.) Čistě teoreticky to pravda je. Baterie je založená na elektrochemickém
principu, energie se získává přechodem elektronů do stavů s nižší energií
a podle speciální teorie relativity toto skutečně odpovídá poklesu
hmotnosti vybité baterie.
Jsou zde ale dvě ale. Jednak je daný rozdíl jen těžko měřitelný (znáte
vztah E=mc2, takže si snadno spočtete, o kolik by vybitá baterie
měla být lehčí), jednak chemické a jiné procesy ve vybíjené baterii mohou
výslednou
změnu hmotnosti ovlivnit mnohem výrazněji (mám na mysli např. unikání
některých látek z baterie nebo naopak, bude to sice zanedbatelné množství,
ale pořád řádově větší než relativistický úbytek hmotnosti).
2.)
elektron 9.10938188(72) x 10-31 kg
proton 1.67262158(13) x 10-27 kg
neutron 1.67492716(13) x 10-27 kg
hm. jednotka u 1.66053873(13) x 10-27 kg
Není ale zcela jasné, jakou reakci máte na mysli. Proton se na neutron za
vzniku protonu, neutrina a elektronu těžko změní např. kvůli zákonu
zachování náboje. Patrně jste měl na mysli β+ rozpad, ve kterém
vzniká neutron, pozitron a elektronové neutrino. Tento proces ovšem zjevně
nemůže být zdrojem energie hvězd (to by muselo při rozpadu vznikat γ
kvantum). Doporučuju nahlédnou do téměř libovolné astronomické knížky
nebo encyklopedie zabývající se hvězdami, tam budou jaderné reakce popsány
ürčitě přehledněji než by to bylo možné zde na pár řádcích.
Dotaz: Je separačná energia protonu a neutronu rovnaká, alebo rozdielna? /preco/ (R.Sedlak)
Odpověď: Separační energie protonu či neutronu je energie nutná k vytržení protonu
či neutronu z jádra:
Sp = (hmota nového jádra + hmota protonu - hmota původního
jádra).c
Nové jádro má o proton či neutron méně než původní (podle toho, co jsme z
něj vytrhli:) Přibližné hmotnosti protonu a neutronu jsou
mp.c2 = 938.27 MeV mn.c2 =
939.57 MeV
Obecně je separační energie rozdílná, a to nejen kvůli rozdílným hmotám
mpa mn.
Jádra vzniklá odejmutím protonů či neutronů budou různě stabilní,
mohou žít věčně nebo jen zlomek vteřiny, a čím jsou méně stabilní, tím
větší mají hmotnost a celkovou energii (a jsou tedy ochotnější se
rozpadnout v něco stabilnějšího).
Protony mají kladný náboj a je těžší je udržet pohromadě, neutrony je lepí
k sobě. Ve hře je ale více faktorů, v přírodě například pozorujeme jádra s
přibližně stejným protonovým a neutronovým číslem (neutronů bývá s
celkovým počtem nukleonů více právě kvůli odpuzování protonů). Takže
kdybychom chtěli z jádra, které už má s počtem protonů namále, vypudit
další, bylo by to těžší, než z něj vypudit neutron (a tím by dost
pravděpodobně vzniklo stabilnější jádro), a separační energie by se
drasticky lišily: u protonů by mohlo jít o kladné číslo (hmota nového
jádra by byla ještě větší, museli bychom do systému narvat nějakou
energii, aby se nám to povedlo), ale u neutronů by šlo o záporné číslo,
nové jádro by bylo stabilnější a proces by v principu mohl nastat
samovolně.
Jádra se většinou rozpadají beta a alfa rozpady, u beta rozpadu dochází k
přeměně neutronu na proton nebo naopak (a jádro vyzáří ještě
elektron+antineutrino nebo pozitron+neutrino), u alfa rozpadu jsou
emitovány částice alfa (jádra hélia-4, velmi stabilní objekt s vysokou
vazbovou energií). Některá jádra se však doopravdy mohou přeměňovat v jiná
emisí neutronu či protonu, někdy dokonce i třeba uhlíku-12 apod.
Odkazy:
Velmi pěkné tabulky a grafy týkající se jaderné fyziky najdete na adrese
http://ie.lbl.gov/systematics.html
(hledejte "separation energies")
Jak se to
měří ve skutečnosti... Pro další informace zkuste třeba na www.google.com zadat "separation
energy" či "drip line":)
Dotaz: Slyšel jsem, že při oscilaci neutrin nedochází k zachování leptonového čísla.
Co je na tom pravdy? (Pavel)
Odpověď: Nedávné experimenty ukázaly, že se neutrina mezi soubou míchají, to
znamená, že se nezachovávají separátně elektronové, mionové a tauonové
leptonové číslo. Podobně, jako se mezi sebou "míchají" kvarky,
mohly by se v principu míchat mezi sebou i elekton s mionem, ale zatím to
nebylo pozorováno. Takže míchání zatím u leptonů předpokládáme jen u neutrin.
Zatím se však podle všeho celkové leptonové číslo zachovává!
Problém by mohl nastat, kdyby se pozoroval dvojitý beta rozpad,
což by znamenalo to, že neutrino je totožné s antineutrinem.
V jádře by se pak mohl rozpadnou neutron na proton+elektron+antineutrino,
které by však mohlo být (pouze pokud je totožné s neutrinem!) pohlceno
dalším neutronem a celkem by vznikly dva elektrony(!!) a nové jádro, kde
by místo dvou neutronů byly dva protony. Narodily by se tak dva leptony
bez svých antičástic, což by znamenalo navýšení celkového leptonoveho
čísla o dvě!
V nedávné době probíhaly diskuse, zda byl dvojitý beta rozpad vskutku
pozorován, ale bude se muset počkat na širší objem dat, zatím o objev
nejde.
Dotaz: Slyšel jsem o částici ný, která nemá ani náboj ani hmotu, ale je to částice a
nějak se projevuje - jak a čím se toto nic projevuje? (Marek)
Odpověď: Částice zvaná neutrino (značí se právě řeckým písmenkem 'ný') skutečně
existuje, má nulový náboj, ale podle posledních experimentů to vypadá, že
malou hmotu přece jen má, i když asi miliónkrát menší než elektron (a ten
je asi 2000x lehčí než proton!).
Jak se taková částice projevuje, je samozřejmě dobrá a zajímavá otázka.
Protože nemá náboj, nereaguje na elektromagnetické síly, a tak nemůže
ionozovat a zanechat stopu třeba v mlžné komoře nebo dát puls v
Geiger-Mullerově počítači. "Cítí" však tzv. slabou interakci, která
je zodpovědná např. za některé radioaktivní rozpady a uplatňuje se i při
hoření Sluníčka. Tak trochu obrazně lze říci, že si neutrino s elektronem
můžou "prohodit" neutrální částici Z0 a elektron tak může být
vyšťouchnut, a když bude mít dost energie, už jej můžeme pozorovat, jak vyletí,
i když nepozorujeme žádnou dráhu nějaké částice, která do něj narazila. To je
"podpis" neutrina v takovémto procesu. Dále může neutrino způsobit
opačný beta rozpad: antineutrino + proton -> neutron + pozitron (obvykle proton->
neutron+pozitron+neutrono nebo neutron-> proton + elektron +
antineutrino). Takto bylo poprvé i pozorováno v letech 1953-6 (ve
skutečnosti byla objevena antineutrina:).
Neutrina se dále dělí na elektronové, mionové a tauonové, liší se tím, s
kterým z nich vystupují společně v reakcích.
Mimochodem, za neutrina byla udělena i loňská Nobelova cena za fyziku -
viz
http://www-hep2.fzu.cz/Centrum/semin/nobel02.pdf, kde také naleznete
další užitečné informace.
Dotaz: Dokázal již někdo přijatelně vysvětlit proč jsou některé látky průhledné a
průsvitné? Jak procházejí fotony hmotou? Nezdá se mi, že by šlo o postupné
předávání vlnění z čelní plochy skrz až na plochu výstupní. Dopadající fotony
přece nemají takovou energii, aby dokázaly rozkmitat celou tlošťku a navíc (u
látek průhledných) bez zkreslení. Jak to ty fotony dělají? (Pavel Dombrovský)
Odpověď: Vaše formulace se mi zdá být zatížena takovou "materiální"
představou fotonů jako kuliček z něčeho zformovaných - třeba střel, které
si mají prorazit cestu "nepřátelským územím". Ale tomu tak není. Realitě je
stejně blízká představa, že foton je pomluva, která se šíří mezi lidmi -
vzruší je (rozkmitá je), oni ji předají dál, a zapomenou na ni. I toto je
samozřejmě jen příměr.
Chcete-li hlubší fyzikální obraz, podle kterého by taky šlo něco
spočítat, pak nezbyde než sáhnout po nějaké učebnici fyzikální optiky.
Z hlediska kvantové teorie je to všecko jednak složitější, jednak
jednodušší. Zavádíme tzv. účinný průřez pro to, abychom jednoduše popsali
"velikost terče" při interakci (srážce); průběh srážky se počítá kvantově,
ale o tom nemá smyslu mluvil takhle "letmo". Taky foton (coby kvantovaná
elektromagnetická vlna) v látkovém prostředí je "něco jiného" než foton ve
vakuu - v látce se prostě na elektromagnetických kmitech E, B "přiživí" i
nabité částice tvořící látku (jádra, elektrony). Proto vychází ustálená
rychlost menší než c. Rozbor přechodových jevů je dosti složitý i klasicky
(viz např. Stratton: Teorie elektromagnetického pole).
Mimochodem, takové neutrino dokáže proletět Zeměkoulí s velice
vysokou pravděpodobností, že se vůbec neodchýlí.
