Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów

Lista pytań egzaminacyjnych

• Femtometr to ile milimetrów?
• MeV ile to elektronowoltów?
• Co oznacza zapis 10⁶?
• Czy cząstka elementarna to to samo co cząsteczka?
• Czym różni się cząstka elementarna od fundamentalnej?
• Co to jest nukleon?
• Kiedy odkryto pierwszą cząstkę elementarną? Jaka to była cząstka?
• Kiedy odkryto proton, kiedy pozyton?
• Czym różnią się hipoteza Plancka i hipoteza Einsteina?
• Na czym polegało doświadczenie Comptona?
• Za co Einstein dostał nagrodę Nobla?
• Co to jest zjawisko fotoelektryczne?
• Porównaj rozmiary cząsteczki, atomu i kwarku
• Z czego zbudowane jest jądro atomowe?
• Z czego składa się proton?
• Podaj przykłady cząstek antymaterii
• Dlaczego do badania struktury materii potrzeba coraz większych energii?

• Jakie pole może wykorzystujemy do przyspieszania cząstek naładowanych?
• Jakie pole pozwala zmienić kierunek ruchu cząstki naładowanej bez zmiany jej energii?
• Jakie znasz rodzaje promieniotwórczości naturalnej?
• Jakie cząstki emitowane są w promieniowaniu beta?
• Jakie źródło cząstek zostało wykorzystane do odkrycia neutronu?
• Jaka jest największa obserwowana energia promieni kosmicznych?
• Jaki cząstki naładowane dominują w promieniowaniu kosmicznym poza atmosferą ziemską?
• Jakie cząstki naładowane dominują w promieniowaniu kosmicznym docierającym do powierzchni Ziemi?
• Podaj przykład cząstki odkrytej w promieniowaniu kosmicznym.
• Jakie cząstki możemy przyspieszać w akceleratorach?
• Jaka jest zasada działania akceleratora liniowego?
• Jaką rolę odgrywa pole magnetyczne w akceleratorach kołowych?
• Jak nazywał się pierwszy typ akceleratora kołowego?
• Z jakich elementów zbudowany jest pierścień akceleratora kołowego?
• Jaki jest obwód największego zbudowanego do tej pory akceleratora?
• Jakie cząstki i do jakiej energii przyspiesza akcelerator LHC?
• Jak często zderzają się cząstki w LHC?
• Dlaczego budujemy akceleratory wiązek przeciwbieżnych ("kolajdery")?

• Jakie są dwie najbardziej trwałe cząstki elementarne?
• Czy mion rozpada się szybko, czy wolno?
• Co to jest produkcja rezonansowa?
• Czy kwark d jest cięższy od kwarku u?
• Kiedy odkryto cząstki dziwne?
• Co jest dziwnego w cząstkach dziwnych?
• Ile wynosi dziwność cząstki J/Psi?
• Kiedy odkryto kwark b?
• Ile razy kwark b jest cięższy od protonu?
• Co to są hadrony?
• Liczba barionowa mezonów wynosi?
• Ile wynosi liczba taonowa antyneutrina mionowego?
• Wypisz jedną reakcję skrzyżowaną do rozpadu beta neutronu.

• Jaką hipotezę wysunął Louise de Broglie?
• Czy zachowanie cząstek jest ściśle deterministyczne?
• Co to znaczy, że cząstki mają naturę falową?
• Czy możemy zmierzyć tor lotu cząstki naładowanej w próżni?
• Wymień 3 procesy wykorzystywane do detekcji cząstek.
• Jakie oddziaływanie cząstki naładowanej i z jakimi składnikami materii prowadzi do jonizacji?
• Jaką metodą detekcji cząstek odkryto promieniotwórczość naturalną (H.Becquerel, 1896)?
• Jaka jest zasada działania komory pęcherzykowej?
• Na czym polega pomiar jonizacji w detektorach gazowych i półprzewodnikowych?
• Dlaczego wprowadzenie komór wielodrutowych stanowiło przełom w fizyce cząstek?
• Jaka jest główna zaleta pikselowych detektorów półprzewodnikowych?
• Jaki detektor najlepiej użyć do zliczania pojedynczych fotonów światła?
• Jaki jest warunek emisji promieniowania Czerenkowa przez cząstkę naładowaną?
• Oddziaływania jakich cząstek rejestrujemy w detektorze Super-Kamiokande?
• W jakim detekorze możemy zmierzyć energię cząstki neutralnej?
• W jaki sposób wysokoenergetyczny foton oddziałuje z materią?
• Jaki jest główny mechanizm strat energii w materii dla wysokoenergetycznego elektronu?

• Ile stanów różniących się rzutem wektora spinu na wybraną oś ma cząstka masywna o spinie s?
• Czy mogą istnieć cząstki elementarne o spinie 7/2?
• Czy w Modelu Standardowym istnieje prawe neutrino?
• Czy istnieją cząstki fundamentalne o spinie 3/2?
• Czym różnią się fermiony od bozonów?
• Spin bozonu Z wynosi ...?
• Z jaką cząstką kwark t stanowi dublet?
• Wypisz antyleptony z II rodziny
• Na czym polega rozpad beta neutronu na poziomie fundamentalnym?
• Podaj ładunek elektryczny fotonu.
• Wypisz wszystkie bozony pośredniczące (wraz z antybozonami) dla oddziaływań słabych i elektromagnetycznych.
• Kiedy powstała teoria opisująca pierwszą unifikację sił?
• W zderzaczu wiązek jakich cząstek odkryto bozon Z?
• Ile bozonów Z wyprodukowano w zderzaczu LEP?
• Ile wynosi masa i szerokość połówkowa Z?
• Jak długo żyje bozon Z?
• Skąd wiemy, że są tylko 3 pokolenia lekkich neutrin?
• Ile wynosi stała sprzężenia α_w dla oddziaływań słabych dla niskich energii?
• Ile wynosi stała Fermiego?
• Kto i gdzie odkrył doświadczalnie bozony W i Z?
• Czy oddziaływania słabe są "słabe" bo masa W jest duża?
• Czy Słońce świeci tak długo dzięki oddziaływaniom słabym czy silnym?
• Ile energii wydziela się w jednym cyklu protonowym w Słońcu?
• Dla jakich energii oddziaływnia elektromagnetyczne i słabe mają podobna siłę?
• Czego dotyczy postulat Sacharowa?

• Wymień przynajmniej 3 elementy składowe współczesnego detektora uniwersalnego przy kolajderach?
• Jaki element detektora uniwersalnego znajduje się naogół najbliżej punktu przecięcia wiązek?
• Na jakiej podstawie możemy wyznaczyć pęd cząstki naładowanej w detektorze śladowym?
• W jakim elemencie detektora uniwersalnego możemy zmierzyć energie fotonów i elektronów?
• Jaki element detektora uniwersalnego położony jest najdalej od punktu zderzenia wiązek?
• Jak w eksperymentach przy kolajderach obserwujemy kwarki?
• Co to są strugi (ang. jety) cząstek?
• W jaki sposób w detektorze uniwersalnym widoczne są gluony?
• Na jakiej podstawie możemy wnioskować, że w zderzeniu cząstek powstało neutrino?
• Podaj nazwy przynajmniej 2 eksperymentów przy LHC.
• Dlaczego detektory przy LHC muszą być wyposażone w dedykowane układy wyzwalania?
• Co to znaczy, że układ wyzwalania ma strukturę wielopoziomową?
• Na którym poziomie układu wyzwalania jest najmniej czasu na podjęcie decyzji?
• Jak nazywa się system informatyczny rozwinięty do przechowywania i analizy danych LHC?
• Gdzie znajduje się główny węzeł (Poziom 0) sieci GRID dla LHC?
• Co mamy na myśli mówiąc, że jakiś wynik pochodzi z Monte Carlo?

• Zasięg sił słabych jest większy czy mniejszy od zasięgu sił jądrowych?
• Między jakimi cząstkami działają siły jądrowe a jakimi siły kolorowe?
• Czy grawitacja jest ważna w mikroświecie dla niskich energii?
• Ile wynosi długość Plancka? Ile wynosi masa Plancka?
• Wypisz 3 elementarne akty oddziaływania z udziałem cząstek z I rodziny.
• Co oznacza strzałka na linii fotonowej na diagramie Feynmana?
• Co świadczy o istnieniu ciemnej materii: ruch planet czy galaktyk?
• Czy ciemna materia jest naładowana elektrycznie? Czy wiemy z czego składa się ciemna materia?
• Ile wynosi stała struktury subtelnej dla pędów p→0 , ile dla p=100GeV?
• Czy ze wzrostem energii (pędów) dwa elektrony oddziałują silniej czy słabiej?
• Ile wynosi stała sprzężenia oddziaływań silnych dla pędu ok. 1 GeV? Dla jakiego pędu α_s wynosi 1/10?
• Kiedy kwarki stają się bardziej swobodne (mniejsza "siła" działywania) - dla dużych czy małych energii? Dla jakich energii mamy uwięzienie kwarków?
• Wypisz 2 procesy skrzyżowane do procesu rozproszenia kwarków: u d → u d
• Na jakie kwarki rozpada się gluon zielono-antyczerwony?
• W zderzenie kwarku niebieskiego i antykwarku antyczerwonego produkowany jest gluon o jakim kolorze?
• Kwark niebieski promieniuje gluon niebiesko-antyzielony w elementarnym procesie q → g q i zmienia kolor. Na jaki?
• Wypisz możliwe kolory dwóch gluonów, które w procesie gg → g produkują gluon czerwono-antyzielony.
• Co powoduje biegnięcie stałych sprzężenia? Dlaczego stała struktury subtelnej niemaleje, a stała sprzężenia dla sił kolorowych maleje ze wzrostem energii?.
• Czy stała struktury subtelnej jest wielkością o wymiarze energii? odwrotności energii?

• Do wyjaśnienia jakiego zjawiska konieczne było wprowadzenie neutrina?
• Jaka jest masa neutrin?
• Jakie neutrina (z jakiego źródła) zostały zaobserwowane jako pierwsze?
• Jaka jest szansa, że neutrino ze Słońca przeleci przez Ziemie?
• Wymień dwa źródła neutrin badanych we współczesnych eksperymentach.
• Na jakiej podstawie eksperyment Super-Kamiokande identyfikował neutrina słoneczne?
• Czy liczba neutrin słonecznych mierzonych w Super-Kamiokande zgadzała się z przewidywaniami modelu Słońca?
• Jaki wynik Super-Kamiokande wksazywał na oscylacje atmosferycznych neutrin mionowych?
• Co to znaczy, że neutrina oscylują?
• Czy prawdopodobieństwo przemiany neutrina jest większe dla bardzo małych czy dla bardzo dużych odległości?
• Jakiego rzędu masy neutrin są potrzebne do wyjaśnienia oscylacji?
• Jakie neutrina emituje Słońce? A jakie docierają do Ziemi?
• Czy potwierdzono oscylacje neutrin produkowanych w reaktorach?
• Za jakie odkrycie została przyznana nagroda Nobla z fizyki w roku 2015?

• Podaj dwa przykłady przekształceń ciągłych.
• Czy symetria globalna wynika z symetrii lokalnej, czy odwrotnie?
• Czy symetria lokalna to to samo co symetria cechowania?
• Czy symetria wyznacza dynamikę?
• Czego dotyczy twierdzenie Noether?
• Czy zasada cechowania stosuje się jedynie do Modelu Standardowego?
• Podaj dwa przykłady spontanicznego łamania symetrii z życia codziennego?
• Ile stanów spinowych ma masywny bozon Z?
• Czy gra w ruletkę to przykład spontanicznego łamania symetrii ?
• Czy w oddziaływaniu słabym uczestniczy prawy elektron?
• Dlaczego tak trudno było znaleźć cząstkę Higgsa?
• Podaj spin cząstki Higgsa.
• Czy oddziaływanie cząstki Higgsa jest "silniejsze" czy "słabsze" dla cząstek masywniejszych?
• Czy cząstki Higsa oddzialywują ze sobą?
• Za co Y. Nambu dostał Nagrodę Nobla?

• Czy fakt rozpadu cząstki zależy od układu odniesienia?
• Czy cząstka swobodna i cząstka na powłoce masy to to samo?
• Dlaczego swobodny pozyton nie może wypromieniować fotonu i pozostać na powłoce masy?
• Co to jest cząstka wirtualna?
• Czy elektrodynamika kwantowa prowadzi do nieskończonych wyrażeń na etapach pośrednich?
• Porównaj wartość poprawki jedno- i dwupętlowej QED dla anomalnego momentu magnetycznego mionu.
• Z jaką dokładnością znamy (r. 2013) anomalny moment magnetyczny dla mionu (doświadczenie minus przewidywanie teor.)?
• Kiedy teoria jest renormalizowalna?
• Poprawne zachowanie dla bardzo dużych energii prawdopodobieństwa procesów EW wymaga istnienia cząstki o spinie 0 (skalarnej). Jak taka cząstka sprzęga się do bozonów Z?
• Czy odkryto cząstkę Higgsa?

• Istnienie jakich cząstek przewidywał model Weinberg'a-Salam'a?
• Gdzie i kiedy odkryto bozony W i Z?
• W jakim procesie zaobserwowano po raz pierwszy produkcję bozonu Z?
• Przy jakim akceleratorze przeprowadzono najdokładniejsze testy Modelu Standardowego?
• Dlaczego precyzyjne pomiary w LEP są czułe na masy kwarku t i bozonu Higgsa ?
• Gdzie i kiedy odkryto kwark t ?
• Z jaką dokładnością znamy dziś masę kwarku t?
• W jakich kanałach rozpadu najłatwiej zaobserwować bozon Higgsa w LHC?
• Gdzie i kiedy odkryto cząstkę Higgsa?
• Jaka jest masa bozonu Higgsa?
• Jak długo prowadzone będą eksperymenty przy LHC?
• Jaka jest energia dostępna obecnie (2015) w zderzeniach wiązek LHC?
• Jakie wyniki eksperymentów przy kolajderach są sprzeczne z Modelem Standardowym?

• Jak opisywane są oddziaływania grawitacyjne w Ogólnej Teorii Względności?
• Kiedy mamy do czynienia z efektem Dopplera?
• O czym możemy wnioskować na podstawie przesunięcia lini widmowych świecącego obiektu?
• Jak porusza się względem nas odległa galaktyka, jeśli jej światło jest bardziej niebieskie niż podobnych galaktyk spoczywających względem nas?
• Jak zmieni się położenie lini widmowych w widmie galaktyki która oddala się od nas z prędkością porównywalną z prędkością światła?
• Co mówi prawo Hubbla?
• Co to są "świece standardowe"?
• Dlaczego Supernowe typu 1A są dobrymi obiektami do badania rozszerzania się Wszechświata?
• Jaką strukturę ma Wszechświat na skalach kosmologicznych?
• Jakie cząstki wypełniały Wszechświat tuż po Wielkim Wybuchu?
• W jakim czasie po Wielkim Wybuchu powstały jądra atomowe?
• Ile lat po Wielkim Wybuchu powstały atomy?
• Co to jest "gęstość krytyczna" Wszechświata?
• Jaka byłaby przyszłość Wszechświata gdyby gęstość materii była większa od gęstości krytycznej?
• Skąd wiemy o obecności ciemnej materii we Wszechświecie?
• Co wiemy o oddziaływaniach ciemnej materii?

• Wymień 3 problemy Modelu Standardowego.
• Co oznacza skrót GUT?
• Czy Wielka Unifikacja dotyczy połączonego opisu oddziaływań fundamentalnych wraz z grawitacją?
• Dla jakich energii przewiduje się realizację Wielkiej Unifikacji?
• Czy superymetria została odkryta?
• Jak nazywają się supersymetryczni partnerzy kwarków?
• Ile cząstek Higgsa przewiduje MSSM?
• Czy szybkość rozpadu protonu w SU(5) zgadza się z danymi doświadczalnymi?
• Czy liczba barionowa jest zachowana w SU(5)?
• Czy istnieją teorie zakładające różną od 4 liczbę wymiarów czasoprzestrzeni?
• Jaka jest główna idea teorii superstrun?
• Czy teoria superstrun uwzględnia grawitację?
• Czy teoria superstrun jest renormalizowalna?
• Jaki parametr występuje zarówno w opisie hadronów jak i teorii strun?

• Jak materia we Wszechświecie może wpływać na bieg promieni światła?
• Kiedy mówimy o silnym soczewkowaniu grawitacyjnym?
• Na czym polega słabe soczewkowanie grawitacyjne?
• Jak możemy obserwować atomy w przestrzeni międzygwiezdnej?
• Czym wypełniony był Wszechświat, gdy połączyły się elektrony i jądra atomowe?
• Kiedy powstało mikrofalowe promieniowanie tła?
• Jakiej temperaturze odpowiada widmo promieniowania reliktowego?
• Od czego zależą obserwowane obecnie rozmiary fluktuacji w mikrofalowym promieniowaniu tła?
• Jaka jest całkowita gęstość materii/energii we Wszechświecie (w jednostkach gęstości krytycznej)?
• Jaka jest krzywizna Wszechświata na skalach kosmologicznych?
• Jaką część gęstości Wszechświata stanowi ciemna materia?
• Jaką część gęstości Wszechświata stanowią atomy?
• Czy istnieje równowaga między materią i antymaterią we Wszechświecie?
• Czy Model Standardowy tłumaczy asymetrię barionową we Wszechświecie?
• Jaki jest wiek Wszechświata?