Fysik handlar dels om att observera fenomen i vår vardag, i ...

particle.kth.se

Fysik handlar dels om att observera fenomen i vår vardag, i ...

Fysik

Fysik handlar dels om att observera

fenomen i vår vardag, i mikrokosmos och i

kosmos; dels om att försöka göra modeller

av dessa observationer.

När en modell börjar kunna beskriva de

observerade fenomenen försöker man se om

den kan förutse något, något som kan

observeras.

På så sätt kan modellen övergå till att bli

en teori och modellparametrarna till att bli

naturkonstanter.


Experimentell Fysik

Vilka egenskaper kan vi mäta och hur mäter

och specificerar egenskaper hos

mikroskopiska föremål.


Experimentell Fysik

Hur mäter vi? Dvs

hur växelverkar vi

med föremålet som

vi vill studera för att

sedan få information

och dra slutsatser

om dess egenskaper!


Experimentell Fysik

De egenskaper som vi vill

mäta kan vara olika svåra att

”avlocka” från föremålet.

Att mäta innebär nästan

alltid att man måste störa

föremålet i fråga. Ibland

måste man till och med

förstöra föremålet.


Experimentell Fysik

Att mäta innebär

nästan alltid att man

måste störa

föremålet i fråga.

Ibland måste man till

och med förstöra

föremålet.


Experimentell Fysik

De egenskaper som vi

vill mäta kan vara olika

svåra att ”avlocka” från

föremålet. Att mäta

innebär nästan alltid att

man måste störa

föremålet i fråga.

Ibland måste man tom

förstöra föremålet.


Experimentell Fysik

Om vi har fångat en

papegoja och

placerat den i en bur

så kommer den

säkert inte heller

att uppföra sig som

en vild papegoja


Experimentell Fysik

Ibland kan ett

experiment vara som

en övertäckt

papegojebur, där

man inte får lov att

lyfta på duken.

Fritt efter Carlo Rubbia


Experimentell Fysik

Vi vill ta reda på vad

som finns i ett

mörkt rum utan att

gå in i detta.

Vi har en teori eller

modell som säger att

det kan vara en apa

som finns i rummet.


Experimentell Fysik

Vi skaffar oss en

banan och kastar in

den i det mörka

rummet.

Ett ”snällt” sätt att

”störa” en eventuell

apa.


Experimentell Fysik

Efter ett tag

kommer det ut ett

bananskal!!!

Hmmm??!


Experimentell Fysik

Så drar vi då

slutsatsen att

det finns en

apa inne i det

mörka

rummet!!

Fritt efter A. Johnsson


Experimentell Fysik

Experimentuppställning, mätteknik,

etc beror starkt av vad vi är ute

efter, hur noga vi vill mäta, hur lång

tid vi har på oss. Om antalet

partiklar vid ett radiokativt

sönderfall halveras en gång per

sekund är det ju inte särskilt klokt

att mäta en gång per minut! Varför?

Inte heller att mäta varje

mikrosekund 100 gånger i rad.


Experimentell Fysik

En effektiv detektor med i övrigt goda

egenskaper är uppenbarligen att föredraga.

Tyvärr finns inte några sådana detektorer.


Experimentell Fysik

En effektiv detektor kan vara dålig på att ge

noggranna energivärden och tvärtom. En

”snabb” detektor kan vara inte särskilt

effektiv, etc. Ett Geiger Muller rör är

effektivt men har en icke obetydlig dödtid,

då detektorn är ”död”, efter varje

partikeldetektion.


Experimentell Fysik

Närmevärde

är närmevärde till det exakta värdet a.

Absolut fel i är ∆a = - a

Relativt fel ∆a/a

Exempel

a = 2 -1/2 = 1,414 ∆a = -0,21356 10 -3

| ∆a | < 0,22 10 -3 ∆a/a < 0,152 10 -3


Experimentell Fysik

Först lite om hur

vi mäter:

Anta att det finns ett

sant eller exakt värde,

beroende på

detektorns precision

får man olika resultat

vid upprepade

mätningar/analys.


Experimentell Fysik

Varians och standardavvikelse:

Om vi låter beteckna medelvärdet i en

mätserie så benämner vi

d i = x i -

avvikelsen för det i-te mätvärdet


Experimentell Fysik

Varians och standardavvikelse:

Definitionsmässigt så är alltid medeldeviationen noll

eftersom

= Σd i /n.

Om vi istället bildar

σ 2 = Σ(x i - ) 2 /n

får vi vad vi kallar variansen.

Standardavvikelsen är roten ur variansen dvs σ


Experimentell Fysik

Felkällor:

Om vi har en viss

spridning som

systematiskt ligger

vid sidan om det sanna

värdet kan man befara

ett systematiskt fel,

en bias


Experimentell Fysik

Felkällor:

Om vi under mätningen får

en systematisk och succesiv

avvikelse från det ”sanna”

värdet kan vi befara en

instrumentdrift.

Temperatur, mm kan

påverka såväl detektor som

efterföljande elektronik


Experimentell Fysik

Datorprogram för analys mm. EXCEL


Experimentell Fysik

Datorprogram för

analys mm. EXCEL

I Excel ger

”Beskrivande

Statestik”

medelvärde,

median, varians,

skevhet, etc


Experimentell Fysik

Så kanske det är dags att tala om VAD vi mäter,

”VAR och HUR”?

Atomer och kärnor och elementarpartiklar!

Periodiska systemet, nukleidkartan, de olika

kvark och leptonfamiljerna.


Experimentell Fysik

Nukleidkartan:

Om vi avsätter antalet

protoner (vertikalt) mot

antalet neutroner

(horisontellt) finner vi att

de stabila atomkärnorna

avviker från linjen N = Z.

Stabilitetslinjen är mer

komplicerad än så; men

generellt kan sägas att det

krävs fler neutroner än

protoner.


Experimentell Fysik

Magiska tal:

Vid vissa värden på Z

och N finner man

speciellt stabila

isotoper. Det var

svårt att förklara

dessa magiska tal,

men skalmodellen

lyckades. Om både N

och Z är magiska tal

kallas kärnan

dubbelmagisk, tex

208

Pb.


Experimentell Fysik

Nukleidkartan:

Här visas ett litet område mellan Svavel och Zink


Experimentell Fysik

Nukleidkartan:

Här visas ett litet område med lite tyngre kärnor


Experimentell Fysik

Bindningsenergi:

Om en tyngre kärna klyvs i två lättare eller om två

lätta smälter samman så frigörs energi (fission och

fusion).


Experimentell Fysik

Stabila och Radioaktiva Kärnor:

Det är alltså utefter stabilitetslinjen och

speciellt vid de magiska talen finner man de stabila

isotoperna. Observera att isotopkartans

huvudrikning inte är N = Z utan att det oftast är

fler neutroner än protoner I en kärna.


Experimentell Fysik

Stabila och Radioaktiva Kärnor:

Radioaktiva kärnor sänder spontant ut He-kärnor,

elektroner eller positroner. Detta är naturligtvis

ett bekvämt sätt att studera dessa kärnor.

Stabila kärnor får man istället bombardera med

andra partiklar för att få reaktioner som avslöjar

något om dessa kärnor och/eller

reaktionsprodukterna.

More magazines by this user
Similar magazines