18
! Background: "#$% && ! ’’ ( ) ( ’) Rutherford’s experiment: * + ’ ! , ! - ’’’ ! Result and conclusion: "’! - ’’ ’’ ! - The structure of Rutherford’s model of the atom: + Problems with Rutherford’s model: + . " ! / 0 1! / ’ 1! ’2 ( ) The instability of electron orbits: " 3 ’’ ( , 4 + ! ) The atomic spectra of hydrogen: . + ! !" Background: #56 ’’’ . . ’! ’’

Quanta to Quarks - AceHSC€¦ · How Bhor’s postulates explained the concept of emission spectra and the development of atomic theory: ... Quanta to Quarks.doc

  • Upload
    ngobao

  • View
    217

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

��������� �� ����������������� �� ����������������� �� ����������������� �� �������������� ����������� �� ��� � ��������������� ���� ������ �� ��������������������� �� �������� ����!������ ��������������������� �

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������

Background:�"���#$%�&&�������������� �� �� �� ��� ���������������������� ������� ������ ���������'�� ������������������� �!������� ���� ��'��� ������'�� ����� ��� ��� ����� �� ���'� ���� ��� ������ (���� ����)��������� ���� ���� ������������������ �����������( ������������'�����)����Rutherford’s experiment: *����� � � �������� ��� �� �� �� � �������+������� �������'��� ������!������� �� ,�� ����� �������!������� ���������'���������� ������� ��� ����'����������-����� ������������������� ������� ��������'����� ������������������ ���� ������������'�������� ���������� ��� ��� ����� ������ �� ���� ��� ����'�� ��� ����� ���'�� ����'�� �� ����� � ��� ������ ��� ������� � ��������!��� �� �� ����� ������������ ����������� ������ ����'���� ��������������� ��������Result and conclusion: "�� ����� ��'� ��� �!������� � � ������� �������� �� � ��� � ��� ��� ������ ��� ������ ������ ����'���� ��� ������ �����-����������������� ������������������������ ��� ���������'����'������ � ��������������� �� � ��������������� ��������������������� ��� ����'����'�������������� ������� ��������'���������������� ������������������ �� ���������! ������������������������������ � ������ ������ ���� ������������������� ����������������� ��������'����������������� ��������������� ����������������� �������� ���-�������� ���� ������������ ������������� ���'� � ����'�� ������������������� �� �� ������� ������� �������������� ��������� �The structure of Rutherford’s model of the atom: � ������+���������� ��� � ��������� ������� ����������� ������������������ ������������� �������� ���� ���� ������������������ ��������� ��'������� �������������������� ��������� ����������� �������������� �����������Problems with Rutherford’s model: � ������+���� ����� � ����� ������� ������.��� ����������������" �������� ��!�����/�

• 0�� � �������������������������• 1���� �� � �!������ ��� � ����� �� ��� ���� ���� ���� �/� ��� � ������ ��� ��'� ���� ���� ����� ����� ����'�� ��� �� �� ������� �������������

• 1������ ��!������ ���� ��������� ����������'���� ��2�������� ������� ��������������'��������� � �����������( ������ ��������� ���)��

The instability of electron orbits: "�� ��� ���� ����� ������� ��� ����������� ���� ���� ��������� ��� �������� ��'� ��� �� ��� ���� ��� �������3������� ��'� ����'��� ���� �������� ���� ������ �� ��� � ���� ����'�� ��� ���� ���� (��� ������ ��� ,�� 4+���!������� )� ��������� ���� ����� ������ ��� ��� ��'� ���� ����'�� ��� ���� ����� ���� ��� ������ ����� �������'����� ������ �������������������������� ������� ����� ������������� ����������������� �� ����������������������� ���� �����The atomic spectra of hydrogen: ���� ����'��� � ��� ����� ��� �� ��� ���� ������ ���� ��� ���.�������� ��� ���� ���� ��� ��� � ������ � ������+�������������� ��!���������� �������� �������������������������������������������������������������������� ������������!���"���������������������

Background: ����� ������������������������ �������� ������������� ������� ��������������������� ���� ������ �������� ����'����� ������ ��� �����������������������#56������ �� ����''�� �� �� ������'�������������� ����������� �����.������������ ��������������������� ���������.��������� ���� ��������������������� ������������� �������'��� ������! ���������� �������� �� ���� �����'� �� �'�������'������

��������������� �������� ����� � ����������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

The significance of hydrogen spectrum:�3 ������ ������ ���� ������� �����������'����������������������������� ��������'��� ������.��� ����������0����� �����'����������'�����.��� ���� � �� � ��������������'������������ ��������'����� ������������� �������� �������� ����.��� ���� � ������7����������'��� ��� �������'�����.��� ���� � �� ���'��� ��� ������.�������������'����� ���,�������������4��'� ���������������� �����������'��� ��������'���� � ������� ����� ��� ��� � ��� ����� ��� ��� ������ �����'��������� ��8���+������� ��� ��� � ���������'�����'��� ���� �������� � ��������'���� �������� ������������ �����-���������'�������������� �������� ���� ���� ������ � � ����� �� �� � ������� �����!�� �� ������ ���������'����������� �7�� �������CSSA Trials 2002: Hard Question (still dun get it!) “Explain what happens to the energy levels of the hydrogen atoms as the quantum numbers of those levels increase” (2marks) 3�� ���.��� �����������(�)���������� �������'����������������������� �'� �����3��������������������� �� �������'����������������������� �����������������!���"��������������

1st postulate: *��� ������������ ����!�� ����� ������������������'������ ���� ��� ���� ��'����� ���������������������.��� ���7������������� ����� ����

2nd postulate: *��� ������������������ ����������.��� ���������'������� ������������������� ���������'��� � �� ����� �������� if EEhfE −==∆ �(������+����������� ��� �)��

3rd postulate: 3������ ���� ����� � � �������� � �����������'���������� ��� �� � ���.��� �4�� �� ��������

�� �'���������������� ���������π2h���

π2nh

mvrL == �

�How Bhor’s postulates explained the concept of emission spectra and the development of atomic theory: 8���+������ ���� ��� ��� � ��� �� ����� ������!�� ����� ���������'������ ����������� �������� ����������� ������� ��� �/� �� ���'���������� ������.��� �4����8���+����������� ��� ��� � ��� �� ����������'������ ������.��� �4��������� ��������������������� ����� ��������� ���� �����������'������������������� ����������� ���������'��(��� ���)����-��������� ��������!�����.��� �4�� �������'����������'���� ����� ������� ����������!���������,����� ����������' ���������'����� ����������� ��������'����������'�����.��� ���� � ������������!��������'������ ����*����� ��������� ��� �����'������ �� ��������������� ������ �������.������'��������� �����

����������#����$"���������������������������������%�����&����������

General terms:����������������������� ���� ����� �� ��������� ����.��� �4� �����������'����,���������� ���������� ���� ���� ������� ����������������������� ��������������!������� ������������� ����� ����������������������� ������ ������� ��� �� ��������� The ultraviolet catastrophe: �1��������� ����������� �� �� � �� ���� ��� ������ �������������� ����������� ������� �������'������ ���� ���������������� ��������� ����� ���� ��������� ����������' ��(��'�������.�����)����� ������������������������ ��������,������� ���������� � ����������������������!������� �������� ����� ����������� ��!������� � ����� ��������� Planck’s contribution:�9�!���������������� ����������������������'� �� �����'��������������� ��:����� �+����������������:.��� �+��

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

,�� ����� ��� ��� �� �� ������ ������ ���� �� � ����� �� ��� �� ��� ��'� � ����'�� ��� ���� ���� ��� �� �������������������� �������'���� ��.��� �4������'��� � ����������������������� ���� ��������� ���������� ����� ����������' �������� ������ ������� �������'����������� � �� � ����������������' �� (*;��)�� ��������� �������������� �������'���������.��� ��� ����������� ������ ��� �����.���������Conclusion:�,��� ���������������������������������!�������'� �������� ����������������!������� ����������� ���� �� ������������������������������,�����������'������� �� �� ���.��� ��� ������������*��� ������� ������������������Model AnswerModel AnswerModel AnswerModel Answer: “Discuss Planck’s contribution to the concept of quantized energy” (Success one) ��������� ������ �������� �� ������ �� ��������� ����.���� �������'���,������'��4�� �� � �������'������������ ��'����� ������!�� ���������� ������� ����������������� ����������������������������+������ �� ��������� ������.���������������������� ���� ������� ��� ������� � ��� ���� �� ����� �� � ����� ���� �����������'����������� ��������������������������'��4�� �� �������������������� ������������'���������� ��7������� ���������'����������������� ��������'����� ������������������������.��� ����������'����������������'�!���"�������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������(�

��

��

�−= 22

111

if nnR

λ

��

General terms: 3������������8���+����������� �� � ����.�� ������������� ��'� ����������' ����������'������� ���������������������������������'�8�����+�� ���������������.�� ������� ����'+������ �� ����

Explanation: 8����������'� ����!������������� �������'������� ���� � �������� � ����� ��8���+����������� ��� ������!������������� �������'�������������� ������ � �������� � �����������������,����� �������'������� ������ ��� �� ����������� ��������������������'������������� ������������ �����

�����8���+����������� ��� ���������� ����.�� ��� if EEE −=∆ ��8������������� �����������

�!������������� �������'��������� �������������'� ����!��������������� �� ��������'����� ������� ���<������������ ��� ��� ������ �������'�/��

12

1E

nEn = ���������;������������������ 1E ;� �������'����� ������� ������� ������� �����'���������

����� �����!����������������'���������/�

12

1E

nE

ii = �� 12

1E

nE

ff = ������/�

1212

11E

nE

nhf

if

−= � �� ���2���

��

�−= 221

11

if nnEhf �

-����� λfc = � ���������λc

f = ����������� � � ���� ����!���������������� �/��

��

��

�−=

��

��

�−= 2222

1 11111

ifH

if nnR

nnhcE

���������8�����+����������(������ =HR ����'+������ �� )�

�0� �� ������������������� ����������' ��������������� ������������� �������'���� ������������� ������������ �����=8/�"���!����� ����8���+��6=8/�"���!����� ����8���+��6=8/�"���!����� ����8���+��6=8/�"���!����� ����8���+��6���� ��� ������ ������� ������ ���� ������� ���������� ������8�����+���.�� ����������������� ��� ������ ������� ������ ���� ������� ���������� ������8�����+���.�� ����������������� ��� ������ ������� ������ ���� ������� ���������� ������8�����+���.�� ����������������� ��� ������ ������� ������ ���� ������� ���������� ������8�����+���.�� �����������������

���������������������������������!�������������������������������

8���+�� ����������������������������������.��� ����������2��������� ������������������ � �������������������� ���� �����

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

���������� � �����������/�

• )�������������������)�������������������)�������������������)�������������������/� ����8��������� ���������������� ������ �� �������� ���� ��� ������� �����������������,�����������������(,*>)��" �������� ��!������ ���������������� ������ ������� ���������� ���������� ��� ���� � ���� �� �� �������� ���� ��� �� ���� ����� �� �������� ����� ���� ������������� ��������� ����/������������� ����������� ���� ��'�(�!����'��'�����'������ ����������� ���)���������� ��������������� �����.�������'�����������

• ������ �������������������������� ����������� �������������������������� ����������� �������������������������� ����������� �������������������������� �����/� ������� � �!������ ��� ������'� �� ���� ���� ��� ���� ���� ������� ��������'������� �����������������������'��� ���� ����� ���������������������� �����������'����� � ��� �� ��!�� ����� ���� ���

• *�������� �����(*�������� �����(*�������� �����(*�������� �����(� ����8��������� ���� � �!������ ��� �!�� ����� ��� ���������� ������� " � ��������� �����������'� ���������������� ��� �� ��������������� ���8���������� ������������������ ����'���������� ������ "�� ��� ����� ����� �� ������ ������ �� �����'����� ��� ������ ������ ����������� �'� ��������������������������� ��'������������ �� �� �������� �����'��� � ������.��� ������<� � ����!�� ��

• +����+����+����+������,�����(��,�����(��,�����(��,�����(�����8������������� ��!������ ���?����������� <� ������� ��'���������������� ���'���'�� ����������Explaining the Zeeman Effect: �3�� � �����.��� �������������������� �� ����������<� � ��������� ��� ������������'�� �����������������'����������<� � ����������'� ���������������� ���� �������'����� ������'�����.��� ���� � ����� �������������� �����'�� ����������"�� ���������������� ��������������������� ����������������� ��������'�����.��� ���� � ��� �� �������� ������������'�����@���� �������������������! ��������'�� ����������� �� �����'�� ��������.��� ��� � � �� ���� .��� ��� � � �� ������� ��� �� �� ��� ����� .��� ��� � � ��� ��������'� ��� ��������� ��������������� ��'� �� �������� �����'��� � ����!�� ���8���A�

• )������������������������%����)������������������������%����)������������������������%����)������������������������%�������������(����������(����������(����������(�����8���+������������������� �� 2�� ���������! ��������� ���������������.��� ����������������� ��� ��� � ����������������3������ ���'�� � ��������� ���������������������� � ������������!����� ������� ������ ������� ��'����� �������� ������ ��� ��������������������������������� ��'�����'���

Model answerModel answerModel answerModel answer: “Discuss the limitations of the Bohr model of the hydrogen atom in terms of its development and its inability to completely explain all experimental results” (Independent Trials 2002) ����8��������������������� �������� ����� �������'������������ ������������� ����������' �������������������8�����+�������������.�� ������������ ������ � �� ����� ��������� ������������� �����'������� ���'�� ����������������� ��'�����'�����8�������� ��� ���������� �������� �������� ��� ������� ��� �� ��� ������� �������� ������ �� ������������� �������+���.�� ������������'�����'��.��� ��������8���������������� ������������������������ �����'���� ������ ����������� ������������ ������� ����� ������ �����!������� ���������� ����/�

• ���� �� ���� ��������� ���� ������������� ����� ��'� �� ���������� ���� ����� �������������������.������ ����� �����

• 9�'������ ������� ��� ���� ���������� �� � ����� ���� ���� ���������� ���� � �� �� �������� ���������� ����������� ��'� �� � ���������� ������'�������������������� �

• "������'�� �������� ������� ������������������ ���������� ���?������*���� �����#��������������-������� ������������������� ������ �������������������������������������������

Procedure: 3� ����'��� ���� ���� ���� ��� ������ �� �� ��� ������ ������� ��� ��� ���� ��� ������ �� ���������� �����3����� ��������������� ������� ������� ������� ����� �������'������� ���� �������

Results: 3������������������� ������������������ ��'��������������'��������������������������#����������������������������������������������������������!���"���������������������!��������������

Balmer series: The transition of electrons (changing quantum states) that terminate in the state of quantum number n=2 �

��������������� �������� ����� � ����� ������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

��������� ������������� ����� �������������'������� ������� ������������ ��������������� ����7�������������������'�������� �� �������������'������������� ����� ����������� ����� ������ ��'�� � ���.��� ���� � ��5���������� ���8���������������

�� �� ���������������������������������������(��

��

��

�−= 22

111

if nnR

λ

���

For Balmer series, electrons always terminate at the 2nd energy level, thus n(final) is always 2

��

��

�−= 22

111

ifH nn

Where � = wavelength emitted n(f)= 2nd level (for Balmer series)

n(i) is initial level of electron =8/�B��������� ������ �

To answer questions on finding the longest wavelength photon emitted: • C��'�� ��������' ������������ �� ����.������ ���������������� �����'���������'��������� ������������ ���� �������'����� ������� ������� ����7���������� ���6�� ��5������'����������

To answer questions on finding the shortest wavelength photon emitted:�• �-��� �� ��������' ����������'��� ����.����������'����� �� ���������'��� �� �����'�����.��� ���� � ��������� ������������ ���� �������'����� ������� ������� ����7�����������;D� ���;5���

5� �������� � ��������������������������'������� �� ��.��� ����������� ����������������������������!������"�������������������$�������������������������'� ���������������������������

De Broglie’s proposal: E��8��'������������'���� ����������������������''�� �� �� �����������'��(��'� )��������� ������� ������������������������ ���� ����������� ��������� ��.���������������������������������� ����������� ���������� ���� � �� � ��� ������ ��� ����� ��� ������ ����� ����� ����� ������ ���� ��� �� �����������'��������' ����-������� ��������� ����������������'��E��8��'����������� �� �� � �������������������������������������������� ���� �������������������������������� ��������������� ���� �����'� �������� ���������E�� 8��'���� ������ �� � ��� ����� ������� �� �� �� �� ��� ����� �����'� � � ����� � �F�� ������ ����� ���������' �/�

mvh=λ �

����������8��'���+���������' ���

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

Impact of his proposal: ,��� ��������� ������ �!������ ��� � ����� �� ��� ��� ���� ���� �������� �� ��� ���8��������� ��� ��� � ��������� �����!������� ���.��� �4� ���������'���������� �����@���'������� �������� ����������!������� ���� ����� ��������� �������� ������''�� ��'� �� ����� ��������������� ������� ���� �� �� �� �� �������������� �� � ���� �� ������ ������� ��� ����� ��� ���� ���� �������' ���

( rn πλ 2= )���(- ����'������)���������������������������������������������������������������'����'� ���������� �������������������

Diffraction: the phenomenon exhibited when light either bends behind a barrier or when the wave front is broken into many sources. E������ �����������������������'� ���������������������������� ����'����������������'��" ������ ������ ������������������ ���������������� ��������������������'���� ��������������� �� ����������' �������'� ����Interference: A wave phenomena in which waves of different amplitude can interfere and superimpose to produce crests and troughs or nodes. �Recognise and name: 3��� ������ �� � ������ � �!��������� �� ����������� "� ���������� ����� ������� ����� ��� �������' �� ��� ����� ������� ���� ����'�� ��� ����� ��� ����������� �� �� ��� ������'� �� ����� ���������� "�� ��� ��������� ���������� ����������� ���������� ��������' ������ ��������������������������� ���F�� ���������������������������������������������������������������!������"��������������� ����������.�������

General Terms: E�����������B��������������!������� ��������������� ���������� ����������� ���������� ��������� �� ������ ���������� ������ ������������'������� �����E��8��'���+�� ���������� Characteristics and features:�E�����������B��������� ���� ��������'������ ���������� ��� �������������������� ���� ���� ���������������� ����� �� ��� ��� ������� ������� ������� ��������������� ���� ������ � �������������� ���������������� �!��� �� �� �������� �� ���� ���� ��� ���� ������ ,������� ���� �� ����� ��� �� ���� �� �� ���� ��� ��������� ������ ����� �� ������������� ��������� ���� ���������� �� � ������� ����������� �������������� ������������ ����������� ��'������ ��� ���!��������������� ��������������'��� (GH�)�� ���� �� ������������ ���������������� ����������� ������� ����'������ �� �������������� ������� ������� �������� ��������������� ���� �����������������

8������'� ��������� ���� ������( λθ md =sin )�E�����������B��������������� ���������� ����������' ��

�!���� �� ��� ��� ���� �����1������� ���E��8��'���+�� ������ ( mvh /=λ )� ����� �� �� �������' ������ ������� ���������������� �� �� ��������� ��� ������� ������� ����!������� ���� ������������� � �� ���������� ����������� ��������Model answer: E�����������B���������� ����������������������<��������� ������� �� �������������������'�������������� ����*��� ����� �� ���� �������� ������� �������������� ���� ����� ������ �������� �� ��������� ��'��������� �� 8����������'� ��� ������ � ��� �� ���� �� ��� ��� ��� ���� ���� ���� ����� ��� ����� ���� ���� ����� �������������� ���� ���� ������� ��������� ������ ����������������� ��������� ���3�������� ��������������� ����������� ������������ �� � ������� ������������������� ���� �������������������� ������� ��������� �������� ���� �������� �� � � � ��������� ��'���� ��� �� ���� ���� ��� ���� ������������ � ���������� ��� ������� ����� �����!���������������������� ��'��� ������������ ��������������� ��'��� ������������ ���������� �� �� ����� �����������!�� �������������� �������������'�E��8��'���+������ ������ �� ���� �������� ������� ����!���� ���������������� ��������,��������������������������������������������������!������������������!������"�������������

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

Standing waves: Waves that exist in whole number wavelengths and fit exactly into the circumference of the orbit ( rn πλ 2= ) resulting in a stable orbit of eg. Electrons� Bohr’s problem:� ������������ ����� ����� ������������ ��� �������� ���� ��������� � ��8������������ �� ����� ������!�� ��������������� ��������� �������� ���������������������������� �������������� �'����,��������������������� �������������!����� �������� ���������������� ������������������� ��������E��8��'������''�� �� �� ���� ������������������ �������������������������� ��������De Broglie’s explanation:�• E��8��'���� ������� ������ ��������� ��8���+�� � ���������/� �� ��� ������ ����������� ����� ���

������� ���������' ���������'� �� ����.�� ���mvh=λ ���

• ,���������� �� ����� �������������������������� ���� ������������������ �� ��������������������������� �����������' ���( rn πλ 2= )���

• ��������� � �� � ������� ������������������ �� ������� ����'��������������������������������� ���������������' �������� ���!�� ����� �� �������������������� ������� ����������'�� ����� ������������ ��������������� ������������ ��������� ��������� ������������ �� �������������� ���� �����

• E�� 8��'���+�� ���� ������ ����� �!������� 8���+�� ������ ��� .��� �4� ���� ���.��� �4� ���� ���.��� �4� ���� ���.��� �4� ���� ��� ��'����� ����� ����'����� ����� ����'����� ����� ����'����� ����� ���� 8������ ��'������� �������� ������ �� ���� � ����� ���� � ��������� ������ �� � ��'���������� �������.��� �4�/��

-����� rn πλ 2= (� ����'�������.�� ���)�������� � � ��'�mvh=λ ����'� /� �

π2nh

mvr = �

-���������(��'���������� ��)��!�� ��������������������� ������(�)���������� �� ���������'���������� ������.��� �4������������������������ �����8���+�� ������� ��� ����� ���.��� �4� ���������'���������� �����

������ ������� ����� ��;����� ��������������������� ����������' ���"�������.��� ����� �� �������������5�6�I�� ���������' ����E��8��'���+���� ��������� �����!����������� ��+��� ����� �����Conclusion: impact of De Broglie’s hypothesis�E��8��'���+���� ��������� ������������ ��������������8���+�� ������� �� ���!������ ��� � ��������� �� (�� ���� ��� �)��" ���������8����<� � ������+��� ����������������������� ��!����������������� ���������� ���������� �� �������������� ��'����� ���� ���������'� ���� ������ �������,������� ����!�� ��� ������� ���E��8��'������������� ��� ����!���������� �������� �������������������� �������� ����� ����'���� ����������� ������������� Model answer (Success one): �0� �� ����������������� �������������� �����8��'�������� ������ � �������''�� �� �� � ������� ��������������� ���!�� �������������'� ��������������� ������������ ����� �� ��������������@���'�������������� ��������� ���8������������ �����4��������� �������� ���������������'� �����8��'�������� ������ ���!������� ������������� ��������� �������� �� � �������������� �� � ���.��� ������ �������� ����� ����� ������� ��������'����������������������� ��������� ������������� ����'������� �� � ������� ������������������������������� � �� � ������������������� ������������������' ����������������������� ����� �'����� ������� ���������������� ����.��� ����� � ������������''�� ���� �� ���������8����������������� ������� �����8��'�������� ������ ������ ��������� ��������� ���������������������� �������������� ����� �� ������''�� �������.��� ����:� � �������� � ��+���� ��� �����8������ ��� ��� ������������ ��������������������� �� ������������������ ��������� ���8�������������.�������������������������������������������������������� ��������� ������������������������������������������*��������������#�������������� ��������������������������

Heisenberg’s Contribution to atomic theory�

��������������� �������� ����� � ����������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

3� ���'�� ���E��8��'������������ ���� ����!������� ��� � ����� ����� � ������ �� � � ������� ��!������ ����!�� ��� ������� ����� ���������������� ����!�� ����� ������������ ������ ������� ����� ��������������� �� ���� ����������� �����!���������,��������'� ���� �� ��7��� ��� ���� ���� �� � ����� ������ ��� ��''�� ��'� �� � � � ��� ����������� ������� ���������� ������� ������� ������������ ����������� ������� ���!�� �������������������������� �������� ��� ���������������,��������'��������� �� � �������� ��� ������ ���������� ������ ���� � � ��� ������� � ��������!�� ��������� ������������������ � �������� �������'��������������������� ������� �������� ������� ������������������ �������� ��������������� �� ���� �� �����������������,��������'����������� ���� ��������� ��������������������� ��� �����������/�

Kpx ≥∆∆ �

0����� =∆x ������������������ ����

=∆p "������������������ ���

J�;������� �� �

"�� ������� ������������ ���������������� ����� ������� ���� 0=∆x ��-��� � � ������ ��,��������'+��

�.�� ���� ���������� ∞=∆p K�������������� ������� ���������� ������������������� ����� �������� �

������������������� ��� �������� ������� ���� � �� ���� �� �����������������,��������'+�� �������� ������7�� �� ������������� ����������������'����������� ���� �������� ������������,�������� ��� ����������������'����� �� � ���������������������������� �������+ � ������� ���� ����!������� ��� �������� ����.��� ���������������,L0�EL*-��,"-��,*L M�1,3=B*��,*�9LE*C�L���,*�3�L9N��Pauli’s contribution to atomic theory�3� ���'�� ���E��8��'������������ ���� ����!������� ��� � ����� ����� � ������ �� � � ������� ��!������ ����!�� ��� ������� ����� ���������������� ������� ������������ �������� ��� ��������������� �� ���� ����������� �����!�������������������������7������ ���� ���� �� ���� ����� ��������� ��������'� ���������������� ����� ��� ������ �� ���� ����� ����� ������ ��� �!�������� ����������� ,��� �!�������� ���������� ������ ������ �� ��� �������� ������� ����� � �������'��� ��������,��� ������� � �� �� ���� ������� �������� ��������� ���������!�� ��� ���!�� ��� ��������.��� ���� � ��� � ��� ����� ����� ����� ����� ���� ������� � �!���� � ������� � ����'����� ����� �� �'���4�� ��� � �� �� � ���.��� ���� � ���(���������)���

• ���� ����������.��� ���������� (�)� ������ ��� ����'�� ������ ��� ��� ���� ���� ������ ����� ��� ���������������� ��������

• ���� ���� ���.��� ���������� (�)� �������� ��� ������ ��� ��� ����'�� ������ ������ ���������������'���������� ������� �������

• ����� �������� ������� �����'�� ���.��� ����������(��)��������������� �������� � ������� ������� ��� ������������ �� ���!������4��!��������������

• �������� ������ �������� ��� ��� �����.��� ���������� (��)� ������ ��� ��� ������� >O���� PO�� ���������� ����� ���� ������� ������������������������� ����������� ����������'� ��������������������.��� ���� � �������.��� ��������������������

�����+������� ��������.��� ����������� ���� ��� ���� �� �������� ���� ��� ���� ���� � � ��� ��� ��� � �����'���������� ����������������� ����������� ��,����� ��������.��� ���� � ��������� ������ ������.����������' ���'������������������������� ��������������� ���!������ ������������������������������ ���������������������������� �����������������������������

Assessment/Judgment:�8� ��,��������'������������������'������� ������ ����� ����� �������,��������'���� ���� ���� ��������� ��� �� ������ �!������� ���� ��� ���� ���� ��� ����� ��� ��� ��� ���� ���� ����� ��� ����������� ��� ��������� ������������������ ��� ����������!������� ������� �������� ����������!�������� �������������� ������'� �����'�� ��������.��� ���� � �������� ���� ������������������������� �������� �� ����������� �� ����� �����������

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

6� ������������1���������������� ����������'��� �������� ������ � ����� ��� �� ���� ������������ ������������������������ �

��������������������������������������/��������������������0���������������������������������������������

=�������/������ �������� ������������������ ��������� ���������� ����������� ���������� ��������� ���������� ��������� ���������� ��������� ���������� �������

• ���� ����������'��(��Q�!��H<�$1)�

• 9���������� ������� ����(��Q%5�!��H<5%�')�

������ ���������� ���������� ���������� ���������� ���������� ���������� ���������� ��������

• =�� ��������'��(���H1)�

• 9���������� ������� ���(��Q%G�!��H<5%�')�

���������������������������������� ��������'���������'��$"������� �������������������

Law of conservation of energy: Energy cannot be created nor destroyed but merely transformed from one form to another Law of conservation of momentum: Total momentum before collision equals to total momentum after collision Law of conservation of mass: Mass of reactants equals to the mass of products Background:�"���$6H�8�� ������8��������������� �� �����������������'�������� �� ��'����� ���� (��'���� ����'���������)�������������������������� ����������������� �������������&���� ���������������� ��������� �'� �� ���������������� ��������������� ������!������� ������� ����������� ������ ����������� ���� ������������������������������(����������������������������'���� ���)����������� ����� �� � ������� ������������������ ������ ���������'������'��(G9��)��������� ���� �� ��'�� ������� ������ ��� ��'�� ����'�� ��� ��� ���� �7�� �� ����� ����� �� � ��� ������������ ������� ����������! ���������'������'��������GH9�R�������������'��������� �����������'���������� ����� ��'���������������� ��������������,������� ��������� ���������� ������������������������ �G9�R������������������ �� ��� �� ������������������ �����������'�����1����������� ������������������ �����������'���������� ��� ����������������'������� ���������������� �����&���� ����1����+���!������� ���,��������� �� �� ���������� ������������� ��������� �'���������������'������'������'�� ����������� ������ ��������������" ������ �� ������������������ �����������'�������������Chadwick’s experiment:�"������� ������� �'� �� ����� ������� ������� ����������� ����1��������������������������� ����������� ������ ������ ������� ���� ��� ����� ��� ���7�� � ���� ������ ���������� ���� ��������� ���� ����� �������'��� ������� ���������� ������� ��� �������� ��� ����'���������� (��� ���)��-����� ��� ������������� ����������'��� ���������� �� ������ ������ �������'��������� �����Results: ��������� �� ����� �������� ������'� �� � ��� ���� ����� �7�� ������� ��� ����������� �� ����� ��'�� ����'��(G9�R)������ ����������� ��������������� ������������� �������������������������Conclusion:�@���'� ������������������ ������������ ����������'��1��������������� ����� ���� ������������ ������� ������� ������� ����,�� ������������ �� ���� ������� ���������� ������� ������������7�� ������� ��������������������� �������� ������ ���� ������7�� ��� ��������'������'�� ������������'��� �� ������������������ ������������ �����

nCBe 10

126

42

94 +→+ α �

1��������!������� �� ���� ������7�� �������������������������� ����� ��������������������������������'�������� ���7�� ���� ������ ��������������'������'����,����������� ������������������ �����������'�������������4��'� �������'��������� �� ���������� ������������!������� ������������ �� ���� �����������4��������'���������'��1������+�� �������� �����!������� �������������������� ����!�� ����������� ���������1��������������������� ����� ���������������������������'�������� ��'����� ����� ���� ������� ����������������� �������������� �� ���������������� ���� ��������G� ����� �� ��������� ������Model answer: “Describe how Chadwick was able to use the neutrons produced in the reaction to actually show that they were present, and measure their properties”

��������������� �������� ����� � ������������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

�����!������� ��� <����������'������ �� � ������ ��������������������7�� �� �����������������!�����������������!�����������������'���� ������������������ ������ �����������������������������������������'����������(��� ���)� �� � ������ �������������� �������������������� �����!���� ���������� ��� �� ������������� ������� ������������ ����� �� ���� � ������� �����<����'����� �������������9��������� ����� ������� �������'����� ������ ����� �� ��������� ������� �������'����� ������ ������ �� ������� �� ������ ���� �� ���� ������ ����� ������������ ����� ��������� ������� ������ �����(������ ��������'�)� ������������������������������1�������������"��

Transmutation: The process by which a new chemical element is produced by the alpha or beta decay of a parent atom. ���������������������������������������������������������� ����

0���������������'������ ������� ��������� ���� ����������� ������������������������� ��'����� �����0������������ ����� ������ ���������������� ����� ����� ���� ������� ��� �� �������������F�� ����� ������������ �������� ����������������������������������������������� ������� ������ �������� �� ������Examples:�3��� ������!��������� ������ � ����������������������������� �� ����������������/�

HeThU 42

23490

23892 +→

�������� ��������'������ ������� ���������� �� �����/�

eThU 01

23491

23490 −+→ �

����������2����"���������������������������� ��������������������������

0� ����'����������<��������������������������������� ��������������� ���������������� ����� ������"����7��� ����� ���������������� ������������������0������������������@������������ ����� �� �� � ������ ����@������<56$������������������������������'���� ������� ������������� ������������������������ ��� ��� ������������$6��������������������� � ������������������ ����� �� �� ����� ������������� ������ ����������� ���� ������ ������ ��������� ������������������������������������ ���� �������������� ��� ������'����� �������������������������� �������������'���������������� ���� ��������������� ���������������������������� �������!������� ��� ������������������!������� ����������� �����L ��,���������� 4�- ���������������������� �� ������������ �� ��'� ���������������������<56$������'������ ���������� ������������������� ��������������� ������������������ ���� ������� ��'������� ��������������� ���������������� ����� �� � ������ ����������� ����������� �� �������� ��������'�����.������4����� ����������������������������������������

energynKrBanU +++→+ 10

9236

14156

10

23592 3

���������#����"����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������3-������

The beta-decay paradox: "������� ��'� ������ � �����!������� ����������� ������������ ����� ������������������������������������ ���������� ����� ���� ���������3������������ ������(,�5>)� �� ��������� ������������ ������������� ��������������� ������������'���� ������ ���������� ������������ ��������� �� ������������������ (����'�*;��5)� �������� ��������� ������� �� ���������� ������������� ����������������'�� �����!��� ������� �������<���� ������ ���'�������������� ���������� �������� ����Pauli’s suggestion and explanation: ��������''�� �� �� � �������'�� �� ��������� �����:��� +�����'��� ����������������������������� �������� �������� ����������� ������ ������,������ ��� ���������������� �� ��� �� ������������������� �������

��������������� �������� ����� � ������������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

����'������������'���������� ��������'� �� � ����!������������� ����� ������������������������������������ �� ��'����� ���������� ������� ������������������� ����������������8���������'� ����������� �����������������''�� �� �����������'������� ������������ ����/�

• " �����4�������� ��������'��• ,���4������� ������• " ���������������O� ����������� ������'� ������������������ ���������'���������� ���• " ��� ���� ���������������� ���� ��� ���������������� � ��� �� ��

Beta (electron) decay: veYX AZ

AZ ++→ −+

011

Beta positive (positron) decay: veYX AZ

AZ ++→ +−

011

Model response: (use this one) ����������������� ������������������������� ���������'� ���� ������������������������� ����� ������'/�

eThU 01

23491

23490 −+→ . ������������������� �����������'��� � ��� �� �����'������� ����� �������� ����� ���� �������� ��������'������������������� ��������������������������� ������� ������� ��������������� �������'������� ���� ��-����� ������� ������������ ������ ������'���������� ������������������� ������������'�������������'� �� �����!���������'��������������'������� ��� ���,��������!������� �������� �������� �� � ������������� ���� ����(����� ���)��������'�� �� ����� ������������ ����������� ����������'����� �������'����� ������� ������ � ��������������� ��� �� �����'���������������� � ��������� ��'� ������������������ �����������'������������� ������������������ ��������������������� �� � �������'����� ������'� ������ � ��������� ��� ������������������������� ������,����''�� �� �� � �����������'�����'�������������� ���������������������� ������������������� ��������������������� ��������������� ��������'������������ ������'���� ����� ���� ���� ������������������ �����������'��� ��������������, ����������������� ���������������������������������������� ��������������������'��������������, ������(���$��4�������������������������5����������� ���������

Criteria:�8� ��'���� � ������������� ��� � ���������������!�� �� ���� ��������������� ������-������� ��'���� � ������������� ��� � �����������������������.�������������� ������������������������'����� �� ��������������� �������������������������������������������'���� �������������� ��� ������������ �������� ��<��� ������ ��<��� ���������� ���<��� �����,���������������� ������������������'��� ��������� �������������������� ��� � ��������������� ����������������� �������Judgment:�����'���� � ��������������������������������� ���� ������� ��� � ���������(�������� ������#���!��H<6%)� ��������� ���� ��� ������������ ����������������������������������'������� ���3�� ���������������� �������������� ���������� ��������� ������ ������������ �'� ���� ����������� ����� ����������� ���� ���'��������������� ���'��������������� ���'��������������� ���'��������������������������������������������������������������������������������������������������

The need for the strong nuclear force:�-����� ���� ��� ��������������������'���� �������������������� ��������������������������������� ��� � ���������������'��� �'���� ��� ���������� ���� �������������������'� ������������ �'� �������������� ������� ����� ��� ������������� ����� ��� ������������� ���� ���'������������������Properties of the strong nuclear force:�

• ����� ���'�������������������������������� ���'�� ��� �����������!�����'� ������� ��� � ��������������������,����������������������������� ��������� �����������������������������'�� ������������

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

• " ����������� ����� �����! ����������� ����'����� ������������H<�G���• " ������������ ��������'��������� ��������� ���������� ������.������� ���'�����• " ������������ ����������

�,������������������������������������������,�������"���%�� ����������'��������������������

Mass defect: The difference between the mass of the constituent nucleons (protons and neutrons) and the mass of the nucleus. Binding energy: Energy that binds the nucleons together or, the energy required to split a nucleus into its component nucleons. ������������������� ������������������������������ ���� ���������� ������������� ���������������������� �������������������������� �:����+��������������� ��� ��:����<����'�+��������������� �������������� ������'�����������'���������� ������ ����� ������������ ����� �������'�����'��������������������*��� ���+���.�� ���������.�������������������������'�/��

2mcE ∆= �0����/� =E �����'�����'��(&)�

=∆m ��������� �(�')�

=c ����������'� �����������

����'��� ��� ��������'�����'��������������� ���������� �������� � ����������� ���������� ���������� ������"������������������������ �����������''����������� ��� � ������������ ������������������������������'����������������������'���������������2����"����������������������������������������������������������6789��

General statement:�"���$I5����������� �� ������� ���� �����'����������� ������ ������������������ ������:� ���������+����� ����� ����������������.��������� ���� ���@������� �����1����'���� Aim of demonstration:�,���������� ����!������� ����� ���������� �������������� ���� ��������� ������� ������ ������� ���'��� ��� ��������(��������������� ���)��"�������������� ������������� ���������� ������������������'���� ���������������������������� ��������������Characteristics/features of the experiment:������+��� ������������� �����GH� ����������� ���������������� �����������55HHH����'�������������������������IHH� ���������'����� ����������������������������������'����� ������������ ��� ������� ������ ������8��������'���� ����� ��� ��'�������������������� ���� ������� ������������������� ����� ������������ ������ ��������������������� ����� ���� ����� ��������� ������0���� ���1������������������������ ������ ���'��'������� ������������'������� ��� ����'����������'���� ��� ������ ������� �����������������7�� ������ ����� ����������������� ���'����� ������������'� ������ ���������'������ ���� ������ ������������������ ������ ����������������7�� �����'����� ����� ��������� �� � ������� �������� ���� ������ ������������� �� ��������� �� ������ �������� ��� ��� ������� �������������� �� ���������������������������%�������������������������������������������������������������������

1�� ������������������������� ����������������� �������'��������������� ������������������������������ ��������� ������������ ����������� ������ ������ �������������3���� ������������������������ ������.����������������� �� ������ ����� ���������� ���������� �����������'���������������������������������������!�������� ������� ��� ��������������������� �� ��� �/� ������������������.����� ����������������'����������"��� ��������������������� �������������������������� ����������������� ������ ���� ������������� ������� �������������������� ������ ���������� �����������������3���!�������������� ���������������� ��������������������� ������"���������� ���������������� ������������ ��������������� ������������ ������� ����� ������������ ���� ���� ������������� ����� �� �������'���� ���� ������������������������ ����������������� ���������������������'� ������� ���� ��������������� ��������<���������'��� �����������������'��������'���-������� ��������������� �������������

��������������� �������� ����� � ������������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

Model answer: “compare requirements for controlled and uncontrolled nuclear chain reactions” 3���� ������������������ ������.��������'��� ������� ���������������� ������������(�������� ���� ����� ��)���� �� � �������'������������� ������ �������� ������������������� ���������� ���� ������ �������������������������������������'���'��� �����������������������������'����������� �������������'��!����� ������ ������������������ ���������������� ������������������� �������������� ������� ����� ���������'��������������#������� �� �����-����� �� �������������� ������� ��������� ������������ �������� �� ���������� �������� ����� �� �������� ������:������ ������������������������������������� �����

The Wilson Cloud Chamber Constituents: ����0������1����1������������� �������������� ��� ���������('��� �� ��������������������� ��������� ��������������� �������� )��" ������������������������������������������������� ��� �������������� ������4�������������������������������������� ���� �����������Detection: 0��������'� ������ ����������������������� ����������� ����'�� ���������� ��� ���������(���������������)�� �����4��� ��������������'�� ���� ������������� �����������������'�� ������������ �������������������������'��� ������������� ����� ������������������������� �� ������������ �������Detecting radiation: • -�������������� �������������'������4��'������ ��� ���������� ���������������� ���������� ��� ���������������'������������� �� ��������������������� ������� ���������������'�.�������

• -������� ����� �����������������������4��'������ ��� ���������� ���� ��������������������������.�������

� �� ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���� ����.��� ����������9� ��!��������8����� /����� �� ���������%�DON’T FORGET: • *���'������������������������� ������� � • 1����� ������ ��39@� ������� ��������$6��G��������� ��'� �����'����� ��������9�R

� �

I� 3������� ����'���� ������������������ �����'�������������7�� ����������������� ����� �

�,��������������������������������������������������

Control rodsControl rodsControl rodsControl rods:::: steel rods containing substances such as cadmium, which absorbs neutrons to slow down the reaction rate Moderator:Moderator:Moderator:Moderator: substances such as normal water, heavy water or graphite, which slow the neutrons down by collision. This causes neutrons to be more efficient at causing fission. CoolantCoolantCoolantCoolant:::: materials which remove heat away from the reactor core, where it can be used to boil water and produce steam to drive turbines. �

General statement: "��������� � ������������������������� �������������������� �������� ��������� ��� ���������� ������������������� �����������'����� ������ ���� �����Explanation of basic principles: 3��������������� ������.���������������������������������������������������������������������� ������� ����� ���������� �������������������������������� ��������� ������������������������������� ������� ����������� ������� �����������

��������������� �������� ����� � ������������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

-����� ������ ����������� ����������������� �����������'����� �������� �������'���� ������������������ �� �����������'������������������������������������� ������� ����(�������� ��)����������� ������������������ ��������3����� �������������������������� �������� ���������'������������������ ���� �������������� �� �����������'������������ ����������� ����� �������� �������� ���������� �����������(@<56G)��������'������ �������'�������� ����������� �� �� �����������'��������������'��� ������� �����3������� ������ ������ ������ �(�� ������� ��)�������� ���! ��� � ������������� ���� �� �� ������������ ��������� �������������� ���� ������� ������������������ ���� ����� ��� ������������������������������� ����������������������'��!�������� ����������.������1�� �������1�� �������1�� �������1�� ����������� �����'����� ����������������������������� �����9�� ����� ��������� ����� ����� �������������������������������� ������� ��������������������������'�������� ������"�� ������� ���������������'� ������ � ������ ��������������������� ������ �� ������� �������� ����������� ��������� �����������'� ������� �����1�������������������'��� � ��������������� �������� �� �������������������'� ������� �������3������� ���������'�(���� ���������)�������� ����� �� ������������������ ������� ����� ������� ���������������� ���������'���� ����������������������������'�������������������'����'��� ���� �� ��������������� ������� ������������'���� ������������� “Explain the importance of moderators in nuclear reactors using uranium fuel” (STANSW 2004) (2 marks) 3������ ��������� ������ ���� ����� ���������� �������@<56#��@<56#��� ��������������� ������ ������������'�������������� ������� ����������������� ���� ����� �������������� ���������������� �����3������ ����������������� ���������������������������� �� � ������� �������'����� ������ �������� ��������������� ������ �������������������� �� ���� ������� �������� �����������������������������������������������������������������-������������������ ����� ��������� ���� ���������������� ���� ������������������� ��� ��������� ���� ������(� -�� ��������������������������5� -�� ����������������������������5�-��������������������������������

Medical applications: 9������������� �������������������'��������� ��� ��� ������������������� ���<$$�����������������'������������������������ ��� �� �������������������� �������� ����� ������ �������������'����������� ��� ����" �������� ���� ����� ������������������������'������������������������ �������� ���������� ������7�� ���� �� ����� ��� +������� �������������������������������� ����'���������������'���(�'����� )���������� ���� �� ��������������8����������'�������� ������ ����'����������� ����������������<$$��� ����������'�� ������� ������������������� ����������������������� �� ����������������������'�����������������'������������� ����������������'� �������������<$$������'�'���������������������<$$�������'�������� ������Industrial (engineering) applications: ������ �������������1���� <QH������������� ������� ��� �� ��������� �������� ����������������� ������ �������(������������'����������)������������ �� ����� ������� ������ ��'��������������������� ����'������������� ��� ���������������������� ��������� �������������� �����

��������������� �������� ����� � ������ ������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

8��������'��������� �������������� ����'�� �����7�� ��������� �� ����� ��������� ������������ ���� ���������9�������� �������������� ����'����� ��������������������������� ������������� ����� ������ ����������������������� ���������8��� ����'� ��������� ��� ���������������������� �� ��� Agricultural applications: 8����'�������� ��������'����� �������� ������������������ ��� �� ����������������� ��� ���3����'������������������������� ���������7�� �� �������� ��� ��������������� ���� ������ �����4���1���� <QH��������������� ������������'� ���'�������� ������� ���������������� ����������� ��=�����<QH������������ ������ �������������� �� ������������� � ���� ���� �������������� ��������������� ��������� ��������������� ��� ��������� ���������������'� ���� ��������������������'��0� ������� ��������������� �����4�������� ��������� ������������ ���� �������'���������������� �������������� ������������'����������������������������������������������������������������������������������

Neutron scattering: -�������� �����������������'�� ������������ �� ������ ���������� ����'��� ����'���� �������� �������������� ���������S<���������������� ��������������� ���� ���� ��� �� ����������������� ���������! ����������������������������� ������������� �������� ��������������'� �� ����������������'���'����� ������������ �������� � ��������� ��� ��� ��������� �����.������� ������������������������ ������� ����� ���������!���� ��� ���� ����'�� ����� ��������������� ���� ��� ���'�������������������������� ��'��� ����������8���������� ��������������'�� �������� � ����'����������� �������� ���'�� ���� ��� ����� � ���� ��������������-�������� ��������������'���������� �� �������� ����������'������ ������������������.���� ��������������� ����������� ���� ��������� ����������������� ��� ������� ������� ������� ������������� ����������� �������������������� ������� ������ �������������� ����!����� ������� ����� �������������� ����������� ���� ���� �� ����� ������������ ��������������� ������������ ������������ ������� ������� �������������� ������ �������'����� ����������'���� �����(���������������� �����)���� ���� ������ ��� ��������� �������8��������'�� � ������������ �������������� ������� ���������� ������� ����� ������ ��������'�����'����������������������������� ����������������������������������������������������������������������� ����������������������������������

General Terms: ������� ������������� ����������������7������� ���������� ��'��!������� ����������� ����� ������������� ����'������ ��� ������� � ��� ���� ��������� ������� ������ ���� ���Function of accelerators: 3������� ����������������������������'����� ��������������������� �� ����'������ �������'�������������� �����������'������� �� �������������'� ��������� ����������� �� ��������������� ���� ��������������������� ����� ����������� ���� �������� ������������� ���������1������������ ��� ������������������������� ������� ����� �� ���������������������'����� ���������'�������'���"����������������� ���������������<$$���������������'��� ��� �� ������������ ������������ ��������� ����� ������������������� �������� � ������������ ������������������ ������ �������� ��������� ���������������Impact of accelerators: �������� ������ �����'������'����� ������ ������������������� ��������� ������������� ����� ��������� ��- �����9�������9� ����������� � ��� �� ���� ���������� ����������� �������� ������ �������� �����������.�������3����'���������������� �������� ������������������� ��������������� ������������ �������8��� ����'�����������������'������'����� �������� ��������� ��������� ��� ������������������HH����� �������� ������������������������ �����������������������������������������������������

��������������� �������� ����� � ������������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

�������������� ����������� ��� �����'���� �������� ������ ����������� ����� ��������� ������� ��� ������.������� ��������' ����������� ��� ����������' �� �������������� ������� �������������������� ���������Assessment/Judgment: 0����� ��������������� ������������������������������ ������������������ ����������� ��������������� ��� �����������'��� �� � ��������� ���������� ����'� ���� ��� ��������� ��������� ������� �� � ������ ����������'���''��������� ����������� ���������7�� ������,�������� ������������������������� �������������'�������������� �� �� ���� �� ���������� �����������4������������������$���������������������������������������������������������������������%���$���������������

The standard model: a mathematical description of all known particles and the forces between them. It enables us to explain all the behavior of these particles. ��������� ��������������� ���� ���������� ���!��������� � ����������������� ������� � �'� �����" ������������������������������������ �����������!����������� ���������������� ���������������!��� ���� ������� �������Q�.������Q���� ������������������������ ������(������)���3����������� ������ �������������������.������������ ������������ ���� �����!����'��'������������������ �������*���� �������������� ��������������������� ����!����'����������<����������� �������������������������������� �������'��������Quarks:������� ��������� �� �� � �����������!������������.�����/�:��+����:���+�:� ���'�+����:�����+����: ��+����:�� ��+���������������������� ����� ����� ���������� ����������������� ����������� ����������.����<�� �<.���������� �������������������� �����"���� ��.����������� ��!�� ����������������

Must memorise and regurgitate in exam Leptons:�C�� ����������� �������� ���� ������������������������ ��!��������� ���� ���'�������� � ���� ������ ���� � ����'�� ���������������1���'����� ����������� ���� � ����'�� ������� ����'�� �����������C�� ����������������!������������������� ������������ ��� ���������������� �� � ����������'� ����������'���� � ����������� ������������������������ ���� �������� ����������� ������������������������'������� ����������������*�������� ������������'����� ��������������������'���� �����������������

B����� ���B����� ���B����� ���B����� ������� �������������������������������� -�����-�����-�����-��������� *��� ��������'�*��� ��������'�*��� ��������'�*��� ��������'�����

���� � @�� �� >5F6���

���� � E���� � <�F6���

-����� 1����� �� >5F6���

-����� - ���'�� �� <�F6���

����� ���� � >5F6���

����� 8� ��� �� <�F6���

��� ������� ������� ������� �������� 1������ �������.�����1������ �������.�����1������ �������.�����1������ �������.���������

��� ��� 5����;�>������'��

=�� ���� ���5�;�H�����'��

B����� ���B����� ���B����� ���B����� ������� �������������������������������� -�����-�����-�����-��������� *��� ��������'�*��� ��������'�*��� ��������'�*��� ��������'�����

���� � *��� ���� �<�� <��

���� � *��� ���<��� ����� ��� H�

-����� 9���� T<� <��

-����� 9���<��� ����� �T� H�

����� ���� <� <��

����� ���<��� ����� � � H�

��������������� �������� ����� � ������������������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

�������� �'����� ������� ���������� � � ������������ ����-�������� ����'����� ������� ������������� ��������������� ������ �'����� ������� �������3��������� � �����������.��������������� ����� ��!�� ������������� ������������ ����:���� �+������� ������������� ������*����'����� �������������������� ���� �������������������Relation to big bang:������������''�� �� �� ������� �� ���8�'�8��'����������������� ��������������������� �������'�������������� ��� ���8�'�8��'� ������������������������� �������������!������*������ �� ��������������'���� � ������������� ���- �����9���������!�������������� ������ ������������������ ���������������������� ��������� �'����� ���� ������ ������� ���8�'�8��'�����.������������������������������������������������������������������������)���������#��4���������������

Background:�����9���� ������7�� ������� ������������$I5���� ���@-3� ������� �������� �������+������ �� ������������8���$IG�� ��������������6HH�HHH����������" ������ ����� ������������������'� �������� ���� ����������� �������������������������� Advantages:������ �������7�� �������������������'������'�������� �����������/�

• "�� ���������� ���/�L����H�%U��������������� ������ ����56G@������������������������������������������� ��������� �� ����� ����������� ���� �������� ��� �������� ���������������������� ���������������������� ������� ����� ����������'���#L��61��G=��-������� ������������������ ��������������������� ��������

• =����������� ���/� �������������'����������� ��� �� �������56$����������� ������������� ����56#@��=����������� ���� ����� �������� ������������������������������ ���� ������� ������� ���� ������F������������'����������� ��������� ������

• =��������������/���������7�� ������������� �����������������������������,������������=�'��������������� �������� �������� ��������� ������ ������'��� ��� ���������������� �� ������������ ���������������������'��������� ����������������� �� ��� �����'��� ��������������� ��������������������'��'� �����.������

• ������������� �������������������������������������������� ��������������������'����������������'�������'�������������'����� �������

Disadvantages:���������7�� �����������'� ��������� ���������� �/�

• 9�������7�� ���������������� ������������������������������� �����!�������• ������������������������ �����&����+�������������������������HH�HHH�������� ������������������������������������������������,������������=�'������������� ��������������� ��������� ����������������������������������� ������������������'�� ��� ��������� �����������������������'�� ���������� ������'���������������������������'� ����������������������� �����������������9���������������������������� ������������������������ ������� ����������.��� ��������

• ����� ���������� ��� ���������� ������� ���� ������������������ ��'����������������'������������������������������������������� ���������� �� �������������'����������'� ���������'��������������

• ����9���� ������7�� �������� �� ���:�������+�������������������� �������� ����� ���@-3����@-- ��� ��� �����������'�� ������ ��������������������������������������� ������� �������7�� �� �� ������������ �����������

Judgment of value:�����9���� ������7�� ����� ������'�� ������� ���� ������7�� ���� ��������3� ���'����������'������������������'������ ������������������������������ ���������������������� ����� �������������� ���9���� ������7�� ����������� �� ��������������������� ��������� ���� ����� ���������� ���� ������'��������������������������������� ����� ������

����

��������������� �������� ����� � ������������������������������ �� ����� ��������������������������������������������������������������� �

������������������ ����� ��������� ����������������� ����� ����� ���� ������ ����������� ����� ������� ��������������� ����� ��������� � �

���������