Prezentacija na temu "Elementarne čestice. Antičestice"

Prva faza . Od elektrona do pozitrona

1897-1932 gg.

Kada je grčki filozof Demokrit najjednostavnije, nedjeljive čestice nazvao atomima (riječ atom, podsjetimo, znači nedjeljiv), tada mu se, u principu, vjerojatno sve nije činilo previše kompliciranim. Razni predmeti, biljke, životinje izgrađeni su od nedjeljivih, nepromjenjivih čestica. Transformacije opažene u svijetu su jednostavno preuređivanje atoma. Sve u svijetu teče, sve se mijenja, osim samih atoma koji ostaju nepromijenjeni.

DEMOKRITI

(oko 470. ili 460. - 360. pr. Kr.)

No krajem 19.st. otkrivena je i izolirana složena struktura atoma elektron kao sastavni dio atoma.

Već u dvadesetom stoljeću su otvoreni proton I neutron- čestice koje čine atomsku jezgru.

Isprva se na sve te čestice gledalo točno onako kako je Demokrit gledao na atome: smatrali su ih nedjeljivim i nepromjenjivim primarnim esencijama, osnovnim građevnim elementima svemira.

TRI ETAPE U RAZVOJU FIZIKE ELEMENTARNIH ČESTICA

Druga faza . Od pozitrona do kvarkova

1932 - 1970 gg.

Situacija privlačne jasnoće nije dugo trajala. Sve se pokazalo mnogo kompliciranijim: kako se pokazalo, uopće nema nepromjenjivih čestica.

U samoj riječi elementarni postoji dvostruko značenje.

S jedne strane, elementarno je dano, najjednostavniji. S druge strane, pod elementarnim mislimo na nešto temeljni , temeljne stvari (u tom smislu se subatomske čestice (čestice od kojih su napravljeni atomi) sada nazivaju elementarnim).

Samo četiri čestice - foton, elektron, proton i neutrino- mogli zadržati svoju nepromjenjivost kad bi svaki od njih bio sam na cijelom svijetu.

Nijedna od čestica nije besmrtna. Većina čestica koje se danas nazivaju elementarnim ne može preživjeti dulje od dvije milijuntinke sekunde, čak ni u odsutnosti bilo kakvog vanjskog utjecaja.

Ali elektroni I protoni tamo su najopasnija braća pozitroni I antiprotoni, pri sudaru s kojima se te čestice međusobno uništavaju i nastaju nove.

Foton, koju emitira stolna svjetiljka, živi ne više od 10 -8 s.

Samo neutrino gotovo besmrtan zbog činjenice da izuzetno slabo djeluje s drugim česticama. Međutim, neutrini također umiru kada se sudare s drugim česticama, iako su takvi sudari izuzetno rijetki.

To je vrijeme koje mu je potrebno da dospije na stranicu knjige i da ga papir upije.

Dakle, u vječnoj potrazi za pronalaženjem nepromjenjivog u našem svijetu koji se mijenja, znanstvenici se nisu našli na "granitnom temelju", već na "brzom pijesku".

Sve elementarne čestice se pretvaraju jedna u drugu, a te međusobne transformacije su glavna činjenica njihovog postojanja.

Ideja o nepromjenjivosti elementarnih čestica pokazala se neodrživom. Ali ideja o njihovoj nerazgradljivosti je ostala.

Kada se čestice ultravisoke energije sudare, čestice se ne raspadaju na nešto što bi se moglo nazvati njihovim sastavnim dijelovima. Ne, one rađaju nove čestice među onima koje se već pojavljuju na popisu elementarnih čestica. Što je veća energija sudarajućih čestica, rađa se veći broj, štoviše, težih čestica. To je moguće zbog činjenice da se s povećanjem brzine povećava i masa čestica. Iz samo jednog para bilo koje čestice s povećanom masom moguće je, u načelu, dobiti sve danas poznate čestice.

Slične reakcije u sudarima relativističkih jezgri proizvedenih u akceleratoru izvedene su prvi put u svijetu 1976. u High Energy Laboratory of the United

 Tuta nuklearna istraživanja u Dubni pod vodstvom akademika

A. M. Baldina.

Rezultat sudara jezgre ugljika s energijom od 60 milijardi eV (debela gornja crta) sa srebrnom jezgrom fotografske emulzije. Jezgra se dijeli na fragmente koji lete u različitim smjerovima. Istodobno se rađaju mnoge nove elementarne čestice - pioni.

Naravno, u sudarima čestica s još nedostupnom energijom rađat će se i neke nove nepoznate čestice. Ali to neće promijeniti bit stvari. Nove čestice rođene tijekom sudara ne mogu se ni na koji način smatrati komponentama "roditeljskih" čestica; Uostalom, čestice "kćeri", ako su ubrzane, mogu, ne mijenjajući svoju prirodu, već samo povećavajući svoju masu, zauzvrat, tijekom sudara, dati nekoliko čestica potpuno istih kao i njihovi "roditelji", pa čak i mnoge druge čestice.

Prema suvremenim idejama elementarne čestice su primarne, nerazgradive zatim čestice od kojih je građena sva materija.

Međutim nedjeljivost elementarnih čestica ne znači da im nedostaje unutarnja struktura .

TRI ETAPE U RAZVOJU FIZIKE ELEMENTARNIH ČESTICA

Faza tri . Od hipoteze o kvarku do danas.

1964 gg. -...

U 60-ima pojavile su se sumnje da sve čestice koje se danas nazivaju elementarnim u potpunosti opravdavaju svoje ime. Neki od njih, možda i većina njih, teško zasluženo nose ovo ime. Razlog za sumnju je jednostavan: tih čestica ima jako puno.

Otkriće nove elementarne čestice oduvijek je bilo i ostalo je izuzetan trijumf znanosti. No prije dosta vremena, udio tjeskobe počeo se miješati sa svakim sljedećim trijumfom. Trijumfi su se počeli nizati doslovno jedan za drugim.

Grupa tzv. čudno» čestice:

K-mezoni I hiperoni s masama većim od mase nukleona.

Godine 1964. M. Gell-Mann i J. Zweig predložili su model prema kojem su sve čestice koje sudjeluju u jakim (nuklearnim) interakcijama izgrađene od temeljnijih (ili primarnih) čestica - kvarkovi .

U 70-ima njima je dodana velika grupa " očaran»čestice s još većim masama.

Otkrivene su iznimno kratkotrajne čestice s vijekom života reda veličine 10 -22 -10 -23 s.

Te su se čestice zvale rezonancije, a njihov broj premašio je dvije stotine.

Trenutno u stvarnost kvarkova gotovo nitko ne sumnja, iako nisu pronađeni u slobodnom stanju.

OTKRIĆE POZITRONA. PROTIV ČESTICA

Postojanje elektronskog blizanca - pozitron- teorijski je predvidio engleski fizičar P. Dirac 1931. godine.

U isto vrijeme, Dirac je predvidio da bi, kada se pozitron susretne s elektronom, obje čestice trebale nestati (anihilirati), generirajući fotone visoke energije. Može se dogoditi i obrnuti proces - rađanje para elektron-pozitron - na primjer, kada se foton dovoljno visoke energije (njegova masa mora biti veća od zbroja masa mirovanja čestica koje se rađaju) sudari s jezgrom.

Paul Adrien Maurice Dirac- engleski fizičar, jedan od tvoraca kvantne mehanike, strani dopisni član Akademije znanosti SSSR-a (1931.). Razvio kvantnu statistiku (Fermi-Dirac statistika); relativistička teorija gibanja elektrona (Diracova jednadžba, 1928.), koja je predvidjela pozitron, kao i anihilaciju i proizvodnju parova. Postavio je temelje kvantne elektrodinamike i kvantne teorije gravitacije.

Nobelova nagrada (1933., zajedno s Erwinom Schrödingerom).

Paul Dirac

1932 d. Pozitron je otkriven korištenjem oblačne komore postavljene u magnetsko polje.

Smjer zakrivljenosti staze čestice označen je predznakom njezina naboja, a omjer naboja i mase određen je iz polumjera zakrivljenosti i energije čestice. Ispostavilo se da je isti po modulu kao i kod elektrona.

Čestica se kretala odozdo prema gore i, prošavši olovnu ploču, izgubila dio svoje energije. Zbog toga se povećala zakrivljenost putanje.

Prva fotografija koja dokazuje postojanje pozitrona.

Činjenica da je nestanak (anihilacija) jednih čestica i pojava drugih tijekom reakcija među elementarnim česticama upravo transformacija, a ne samo pojava nove kombinacije komponenti starih čestica, posebno se jasno otkriva upravo tijekom anihilacije para elektron-pozitron.

Obje ove čestice imaju određenu masu u mirovanju i električni naboj. Fotoni koji se u ovom slučaju rađaju nemaju naboja i nemaju masu mirovanja, jer ne mogu postojati u stanju mirovanja.

Proces stvaranja para elektron-pozitron ɣ-kvantom u olovnoj ploči.

U oblačnoj komori koja se nalazi u magnetskom polju, par ostavlja karakterističan trag u obliku dvoroge vilice.

Svojedobno je otkriće rađanja i anihilacije parova elektron-pozitron izazvalo pravi senzacija u znanosti .

Nitko do tada nije mogao zamisliti da elektron, najstarija među česticama, najvažniji građevni materijal atoma, možda nije vječan.

Otkriveno relativno nedavno antiproton I antineutron .

Električni naboj antiprotona je negativan.

Naknadno su u svim česticama pronađeni blizanci (antičestice). Antičestice su suprotstavljene česticama upravo zato što kada bilo koja čestica sretne odgovarajuću antičesticu, njihova uništenje, to jest, obje čestice nestaju, pretvarajući se u kvante zračenja ili druge čestice.

Atomi čije su jezgre sastavljene od antinukleoni, a ljuska je napravljena od pozitrona, oblik antimaterija .

Antivodik je dobiven eksperimentalno.

Fizičari CERN-a iz kolaboracije ALPHA uspjeli su 1000 sekundi zadržati čestice antimaterije od anihilacije,

U 1995 Po prvi put je bilo moguće dobiti atome antivodika, koji se sastoje od antiprotona i pozitrona, ali su brzo anihilirali, što je onemogućilo proučavanje njihovih svojstava.

Sada su nuklearni znanstvenici uspjeli sastaviti postavku koja stvara složeno magnetsko polje, što omogućuje zadržavanje prethodno nedostižnih atoma. Iako je vrijeme za koje je zabilježen antivodik iznosilo samo jednu desetinku sekunde, prema znanstvenicima, to je dovoljno za uzimanje spektra i provođenje detaljne studije čestica.

Antivodik s kojim su znanstvenici radili dobiven je iz nekoliko desetaka milijuna antiprotona i pozitrona, čiji je izvor bio natrijev izotop 22 Na. Slijedilo je višestupanjsko čišćenje. Nakon toga je nekoliko tisuća atoma antimaterije upalo u magnetsku zamku.

Tijekom anihilacije antimaterije s materijom, energija mirovanja se pretvara u kinetičku energiju nastalih gama kvanta.

Energija odmora- najgrandiozniji i koncentrirani spremnik energije u svemiru .

I tek kada uništenje potpuno se oslobađa, pretvarajući se u druge vrste energije. Stoga je antimaterija najsavršeniji izvor energije, najkaloričnije “gorivo”.

Sada je teško reći hoće li čovječanstvo ikada moći koristiti ovo "gorivo".

RASPADA NEUTRONA. OTKRIĆE NEUTRINA

Priroda β-raspada

Tijekom beta raspada, elektron se emitira iz jezgre. Ali u jezgri nema elektrona. Odakle dolazi?

Nakon što elektron napusti jezgru, naboj jezgre, a time i broj protona, povećava se za jedan. Maseni broj jezgre se ne mijenja. To znači da se broj neutrona smanjuje za jedan.

Stoga unutar β-radioaktivnih jezgri neutron se može raspasti na proton i elektron. Proton ostaje u jezgri, a elektron leti van.

Neutroni su stabilni samo u stabilnim jezgrama.

Ali evo što je čudno.

Apsolutno identične jezgre emitirati elektroni različite energije. Novonastale jezgre su pak potpuno isti su bez obzira kolika je energija emitiranog elektrona.

To je u suprotnosti sa zakonom održanja energije - temeljnim fizikalnim zakonom!

Energija početne jezgre ispada nejednaka zbroju energija konačne jezgre i elektrona!!!

Paulijeva hipoteza

Švicarski fizičar W. Pauli je predložio da se, zajedno s protonom i elektronom, tijekom raspada neutrona rađa neka vrsta "nevidljive" čestice koja odnosi energiju koja nedostaje.

Ovu česticu instrumenti ne detektiraju jer ne nosi električni naboj i nema masu mirovanja. To znači da nije sposoban ionizirati atome ili cijepati jezgre, tj. ne može izazvati učinke po kojima se može prosuditi izgled čestice.

Pauli je sugerirao da je hipotetska čestica jednostavno vrlo slabo stupa u interakciju s tvari i stoga može proći kroz veliku debljinu materije a da se ne otkrije.

Fermi je ovu česticu nazvao neutrino, što znači "neutron".

Ispostavilo se da je masa mirovanja neutrina, kako je predvidio Pauli, jednaka nula. Iza ovih riječi krije se jednostavno značenje: Nema neutrina u mirovanju.

Nakon što je jedva imao vremena da se rodi, neutrino se odmah kreće brzinom od 300 000 km/s.

Izračunali smo kako neutrini stupaju u interakciju s materijom u sloju određene debljine. Pokazalo se da je rezultat daleko od umirujućeg u smislu mogućnosti eksperimentalnog otkrivanja ove čestice. Neutrino može prijeći udaljenost u olovu jednaku udaljenosti koju prijeđe svjetlost u vakuumu za nekoliko godina.

SLOBODNI RASPAD NEUTRONA

Uloga neutrina nije ograničena na objašnjenje β-raspada jezgre. Mnoge elementarne čestice u slobodnom stanju spontano se raspadaju uz emisiju neutrina.

Neutrino (simbol ν ) ima antičesticu koja se naziva antineutrino (simbol ν s linijom).

Kada se neutron raspadne na proton i elektron, emitira se antineutrino:

Upravo tako se ponaša neutron. Samo u jezgri neutron stječe stabilnost zbog interakcije s drugim nukleonima.

Energija neutrona uvijek je veća od zbroja energija protona i elektrona. Višak energije odnosi se iz antineutrina.

Slobodni neutron u prosjeku živi 16 minuta. To je eksperimentalno dokazano tek nakon što su izgrađeni nuklearni reaktori koji su proizvodili snažne snopove neutrona.

Eksperimentalno otkriće neutrina

Unatoč nedokučivosti, neutrini (točnije antineutrini), nakon gotovo 26 godina svog “avetinjskog postojanja” u znanstvenim časopisima, otkriveni su eksperimentalno.

Teorija je predviđala da će se, kada antineutrino udari u proton, stvoriti pozitron i neutron:

Vjerojatnost takvog procesa je mala zbog čudovišne sposobnosti prodora antineutrina. Ali ako postoji mnogo antineutrina, onda se možemo nadati da ćemo ih otkriti.

U klancu Baksan na Kavkazu napravljen je tunel dug dva kilometra u monolitnoj stijeni i izgrađen znanstveni laboratorij koji je od kozmičkih zraka zaštićen stijenom debelom nekoliko kilometara. U laboratoriju se nalazi oprema za snimanje solarnih neutrina i neutrina iz svemira.

Neutrinska stanica Baksan

MEĐUBOZONI - NOSITELJI SLABIH INTERAKCIJA

Raspad neutrona na proton, elektron i antineutrino ne može biti uzrokovan nuklearnim silama, budući da elektron ne doživljava snažna međudjelovanja i stoga ne može nastati zahvaljujući njima. Rađanje elektrona moguće je pod utjecajem elektromagnetskih sila.

Ali postoji i antineutrino, koji je lišen električnog naboja i ne sudjeluje u elektromagnetskim interakcijama.

Ista situacija događa se tijekom raspadanja π -mezoni i druge čestice s emisijom neutrina ili antineutrina.

Stoga moraju postojati neke druge interakcije odgovorne za raspad neutrona (i mnogih drugih čestica). Ovo je zapravo istina.

U prirodi postoji i četvrta vrsta sile - slabe interakcije. Upravo su te sile glavni protagonisti u tragediji smrti čestica.

Slab te su interakcije nazvane jer su stvarno slabe: oko 10 14 puta slabiji od nuklearnih!

Uvijek mogu zanemariti gdje dolazi do jakih ili elektromagnetskih interakcija.

Ali postoje mnogi procesi koji se mogu samo nazvati slabe interakcije .

Zbog svoje male vrijednosti, slabe interakcije ne utječu bitno na kretanje čestica. Ne ubrzavaju ih niti usporavaju.

Slabe interakcije ne mogu zadržati nijednu česticu blizu jedne druge kako bi formirale vezana stanja.

Ipak, to su sile u istom smislu kao i elektromagnetske i nuklearne.

Glavna stvar u svakoj interakciji je rađanje i uništavanje čestica. Naime, ove funkcije (posebno posljednji) slabe interakcije Oni to rade polako, ali apsolutno religiozno.

Slabe interakcije nimalo neuobičajeno.

Naprotiv, iznimno su UNIVERZALNO. U njima sudjeluju sve čestice. Sve čestice imaju naboj, točnije, konstantu slabih međudjelovanja.

Ali samo za čestice koje sudjeluju u drugim interakcijama, sposobnost slabe interakcije nije važna.

Samo neutrino bez interakcija, osim slabih, su nesposobni (s izuzetkom ultraslabih - gravitacijskih).

Uloga slabih međudjelovanja u evoluciji Svemira nije nimalo mala. Kad bi se slabe interakcije isključile, Sunce i druge zvijezde bi se ugasile.

"Brzo" i "sporo" su bolje od "jako" i "slabo"

Slabe interakcije uopće nisu slabe u smislu da ne mogu učiniti ništa izvanredno u mikrosvijetu. Mogu nazvati nadvišenje svaka čestica s masom mirovanja, samo ako to dopuštaju zakoni održanja.

Međutim, kada visoke energije sudarajuće čestice reda veličine sto milijardi elektron volti slabe interakcije prestani biti slab u usporedbi s elektromagnetskim.

Usklađenost s posljednjim uvjetom vrlo je važna. Inače bi neutroni u jezgrama bili nestabilni i u prirodi ne bi postojalo ništa osim vodika.

Karakteristično vrijeme slab interakcije

10 -10 s protiv 10 -21 C za elektromagnetski .

Radnje slabe interakcije pojavljuju vrlo rijetko. U tom smislu vjerojatnije su usporiti, nego slabi, i nalikuju dizaču utega koji može podići ogroman uteg, ali vrlo, vrlo sporo.

Jake (nuklearne) interakcije- to su najbrže interakcije, a transformacije elementarnih čestica uzrokovane njima događaju se vrlo često.

Elektromagnetske interakcije rade sporije od jakih, ali ipak neizmjerno brže od slabih.

Kako funkcioniraju slabe interakcije

Dugo se vremena vjerovalo da dolazi do slabih interakcija između četiri čestice u jednoj točki.

U slučaju raspada neutrona, to su sam neutron, proton, elektron i antineutrino.

Odgovarajuću kvantnu teoriju slabih interakcija konstruirali su E. Fermi, R. Feynman i drugi znanstvenici.

Istina, na temelju općih razmatranja o jedinstvu sila prirode, sugerirano je da se slabe interakcije, kao i sve druge, trebaju provoditi kroz neku vrstu "slabog" polja. Sukladno tome, moraju postojati kvanti ovog polja - čestice - nositelji interakcije.

Ali nije bilo eksperimentalnih dokaza za to .

Novi i važan korak u razvoju teorije slabih interakcija učinjen je 60-ih godina prošlog stoljeća. američki fizičari S. Weinberg, S. Glashow i pakistanski znanstvenik A. Salam, koji su djelovali u Trstu.

Iznijeli su podebljano hipoteza o jedinstvu slabih i elektromagnetskih međudjelovanja .

Hipoteza Weinberga, Glashowa i Salama temeljila se na ranije iznesenoj pretpostavci da slabe interakcije provode razmjenačestice tzv srednji ili vektor bozoni, tri varijante: W + ,W – i Z 0 .

Prve dvije čestice nose naboj jednak elementarnom, a treća je neutralna.

Bit nove hipoteze je sljedeća: priroda slabih i elektromagnetskih interakcija je ista u smislu da je na najdubljoj razini njihova stvarna snaga ista i da međubozoni međudjeluju sa svim česticama na kratkim udaljenostima na isti način kao fotoni s nabijenim česticama.

Prema tome, na vrlo malim udaljenostima, slabe interakcije trebale bi se očitovati istom snagom kao i one elektromagnetske.

Zašto onda te interakcije još uvijek opravdavaju svoje ime?

Radijus slabih međudjelovanja mnogo je manji od polumjera elektromagnetskih međudjelovanja. Zbog toga se čine slabijima od elektromagnetskih.

Zašto se procesi koje oni uzrokuju odvijaju puno sporije od elektromagnetskih procesa?

Slajd 1

Elementarne čestice

Općinska proračunska nestandardna obrazovna ustanova "Gimnazija br. 1 nazvana po G. Kh. Tasirovu grada Belova"

Prezentacija za sat fizike u 11. razredu (profilna razina)

Izvršio: Popova I.A., učiteljica fizike

Belovo, 2012. (monografija).

Slajd 2

Uvod u fiziku elementarnih čestica i usustavljivanje znanja o temi. Razvijanje apstraktnog, ekološkog i znanstvenog mišljenja učenika na temelju ideja o elementarnim česticama i njihovim međudjelovanjima

Slajd 3

Koliko ima elemenata u periodnom sustavu?

Samo 92. Kako? Ima li još? Istina, ali svi ostali su umjetno dobiveni; Dakle - 92 atoma. Od njih se također mogu napraviti molekule, t.j. tvari! Ali činjenicu da se sve tvari sastoje od atoma izrekao je Demokrit (400. pr. Kr.). Bio je veliki putnik, a njegova omiljena izreka bila je:

"Ništa ne postoji osim atoma i čistog prostora, sve ostalo je pogled"

Slajd 4

Antičestica - čestica koja ima istu masu i spin, ali suprotne vrijednosti naboja svih vrsta;

Vremenska crta fizike čestica

Svaka elementarna čestica ima svoju antičesticu

Slajd 5

Sve te čestice bile su nestabilne, tj. raspadaju se u čestice manjih masa, na kraju postajući stabilni protoni, elektroni, fotoni i neutrini (i njihove antičestice).

Teorijski fizičari su se suočili s najtežim zadatkom da poslože cijeli otkriveni "zoološki vrt" čestica i pokušaju svesti broj osnovnih čestica na minimum, dokazujući da se ostale čestice sastoje od osnovnih čestica

Slajd 6

Slajd 7

Kako detektirati elementarnu česticu?

Obično se tragovi (putnje ili tragovi) koje ostavljaju čestice proučavaju i analiziraju pomoću fotografija.

Slajd 8

Klasifikacija elementarnih čestica

Sve se čestice dijele u dvije klase: Fermioni, koji čine materiju; Bozoni preko kojih dolazi do interakcije.

Slajd 9

Fermioni se dijele na leptone i kvarkove.

Kvarkovi sudjeluju u jakim interakcijama, kao iu slabim i elektromagnetskim.

Slajd 10

Gell-Mann i Georg Zweig predložili su model kvarka 1964. Paulijevo načelo: u jednom sustavu međusobno povezanih čestica nikada ne postoje barem dvije čestice s identičnim parametrima ako te čestice imaju polucijeli spin.

M. Gell-Mann na konferenciji 2007. godine

Slajd 11

Što je spin?

Spin pokazuje da postoji prostor stanja koji nema nikakve veze s kretanjem čestice u običnom prostoru; Spin (od engleskog to spin - vrtjeti) često se uspoređuje s kutnim momentom "brzo rotirajućeg vrha" - to nije točno! Spin je unutarnja kvantna karakteristika čestice koja nema analoga u klasičnoj mehanici;

Spin (od engleskog spin - kovitlac, rotacija) je intrinzični kutni moment elementarnih čestica, koji ima kvantnu prirodu i nije povezan s kretanjem čestice kao cjeline.

Slajd 12

Slajd 13

Slajd 14

Četiri vrste fizičkih interakcija

gravitacijski, elektromagnetski, slab, jak.

Slaba interakcija – mijenja unutarnju prirodu čestica. Jake interakcije uvjetuju različite nuklearne reakcije, kao i pojavu sila koje vežu neutrone i protone u jezgri.

Mehanizam međudjelovanja je isti: zbog izmjene drugih čestica – nositelja međudjelovanja.

Slajd 15

Elektromagnetsko međudjelovanje: nositelj - foton. Gravitacijska interakcija: nositelji - kvanti gravitacijskog polja - gravitoni. Slabe interakcije: nosioci - vektorski bozoni. Nosioci jakih međudjelovanja: gluoni (od engleske riječi glue), s masom mirovanja jednakom nuli.

I fotoni i gravitoni nemaju masu (masu mirovanja) i uvijek se kreću brzinom svjetlosti.

Značajna razlika između nositelja slabe interakcije i fotona i gravitona je njihova masivnost.

Slajd 16

Svojstva kvarkova

Kvarkovi supermultipleti (trijada i antitrijada )

Slajd 17

Kvarkovi imaju svojstvo koje se zove naboj boje. Postoje tri vrste naboja boje, konvencionalno označene kao plava, zelena i crvena. Svaka boja ima nadopunu u obliku vlastite anti-boje – anti-plave, anti-zelene i anti-crvene. Za razliku od kvarkova, antikvarkovi nemaju boju, već antiboju, odnosno suprotan naboj boje.

Svojstva kvarkova: boja

Slajd 18

Kvarkovi imaju dvije glavne vrste masa koje se ne podudaraju u veličini: trenutna masa kvarka, procijenjena u procesima sa značajnim prijenosom kvadrata 4-momenta, i strukturna masa (blok, sastavna masa); također uključuje masu gluonskog polja oko kvarka i procjenjuje se iz mase hadrona i njihovog sastava kvarka.

Svojstva kvarkova: masa

Slajd 19

Svaki okus (vrsta) kvarka karakteriziraju kvantni brojevi kao što su izospin Iz, neobičnost S, šarm C, šarm (dno, ljepota) B′, istina (vrhunac) T.

Svojstva kvarkova: okus

Slajd 20

Slajd 23

Slajd 24

Slajd 25

Slajd 26

Slajd 27

Koji nuklearni procesi proizvode neutrine?

A. Tijekom α – raspada. B. Tijekom β - raspada. B. Pri emitiranju γ - kvanta. D. Tijekom bilo kakvih nuklearnih transformacija

Slajd 28

Slajd 29

Proton se sastoji od...

A. . . .neutron, pozitron i neutrino. B. . . .mezoni. IN . . .kvarkovi. D. Proton nema sastavnih dijelova.

Slajd 30

Neutron se sastoji od...

A. . . .proton, elektron i neutrino. B. . . .mezoni. IN . . . kvarkovi. D. Neutron nema sastavnih dijelova.

2. S gledišta međudjelovanja sve se čestice dijele na tri vrste: A. Mezoni, fotoni i leptoni. B. Fotoni, leptoni i barioni. B. Fotoni, leptoni i hadroni.

3. Koji je glavni faktor postojanja elementarnih čestica? A. Uzajamna preobrazba. B. Stabilnost. B. Međusobno djelovanje čestica.

4. Koje interakcije određuju stabilnost jezgri u atomima? A. Gravitacijski. B. Elektromagnetski. B. Nuklearna. D. Slabo.

Slajd 34

6. Realnost transformacije materije u elektromagnetsko polje: A. Potvrđeno iskustvom anihilacije elektrona i pozitrona. B. Potvrđeno pokusom anihilacije elektrona i protona.

7. Reakcija pretvorbe tvari u polje: A. e + 2γ→e+ B. e + 2γ→e- C. e+ +e- =2γ.

8. Koja je interakcija odgovorna za pretvaranje elementarnih čestica jedne u drugu? A. Jaka interakcija. B. Gravitacijski. B. Slaba interakcija D. Jaka, slaba, elektromagnetska.

Odgovori: B; U; A; U; B; A; U; G.

5. Postoje li u prirodi nepromjenjive čestice? A. Postoje. B. Oni ne postoje.

Slajd 35

Književnost

Periodni sustav elementarnih čestica / http://www.organizmica.ru/archive/508/pic-011.gif; Ishkhanov B.S. , Kabin E.I. Fizika jezgri i čestica, XX. stoljeće / http://nuclphys.sinp.msu.ru/introduction/index.html tablica elementarnih čestica / http://lib.kemtipp.ru/lib/27/48.htm Čestice i antičestice / http://www.pppa.ru/additional/02phy/07/phy23.php Elementarne čestice. referentna knjiga > kemijska enciklopedija / http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_4519.html Fizika elementarnih čestica / http://www.leforio.narod.ru/particles_physics.htm Kvark / http://www.wikiznanie.ru /ru -wz/index.php/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA Fizika jezgre i elementarnih čestica. Znanje je moć. / http://znaniya-sila.narod.ru/physics/physics_atom_04.htm Kvark. Materijal iz Wikipedije - slobodne enciklopedije / http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%E2%E0%F0%EA 2. O kvarkovima. / http://www.milogiya.narod.ru/kvarki1.htm Harmonija duge / http://www.milogiya2008.ru/uzakon5.htm

Slajd 1

Elementarne čestice

Slajd 2

Uvod
Elementarne čestice u točnom značenju ovog pojma su primarne, dalje nerazgradive čestice od kojih se, prema pretpostavci, sastoji sva materija. Koncept “Elementarne čestice” u modernoj fizici izražava ideju o primordijalnim entitetima koji određuju sva poznata svojstva materijalnog svijeta, ideju koja je nastala u ranim fazama formiranja prirodnih znanosti i uvijek je imala važnu ulogu u njegov razvoj.
Postojanje elementarnih čestica je svojevrsni postulat, a provjera njegove valjanosti jedan je od najvažnijih zadataka fizike.

Slajd 3

Kratki povijesni podaci
Otkriće elementarnih čestica prirodni je rezultat općih uspjeha u proučavanju strukture tvari koje je postigla fizika krajem 19. stoljeća. Pripremljena je sveobuhvatnim proučavanjima optičkih spektara atoma, proučavanjem električnih pojava u tekućinama i plinovima, otkrićem fotoelektriciteta, X-zraka i prirodne radioaktivnosti, što je ukazalo na postojanje složene strukture materije.
Otkriće: Elektron je nositelj negativnog elementarnog električnog naboja u atomima, 1897. Thomson. Protoni su čestice s jediničnim pozitivnim nabojem i masom, 1919. Rutherford Neutron - masa bliska masi protona, ali nema naboj, 1932. Chadwick Photon - 1900 Započeo Planckovu teoriju Neutrino - čestica koja gotovo da i ne stupa u interakciju s materijom, 1930. Pauli

Slajd 4

Od 30-ih do ranih 50-ih. Proučavanje čestica elektrona bilo je usko povezano s proučavanjem kozmičkih zraka. Godine 1932. K. Anderson je u kozmičkim zrakama otkrio pozitron (e+) - česticu mase elektrona, ali s pozitivnim električnim nabojem. Pozitron je prva otkrivena antičestica. Godine 1936. američki fizičari K. Anderson i S. Neddermeyer otkrili su, proučavajući kozmičke zrake, mione (oba znaka električnog naboja) - čestice mase približno 200 masa elektrona, ali inače po svojstvima iznenađujuće bliske e-, e+. Kasne 40-e - rane 50-e. obilježeni su otkrićem velike skupine čestica s neobičnim svojstvima, nazvanih “čudnim”.

Slajd 5

Osnovna svojstva elementarnih čestica. Interakcijski razredi
Sve čestice elektrona su objekti izuzetno malih masa i veličina. Većina njih ima masu reda mase protona, jednaku 1,6 × 10-24 g (samo je masa elektrona osjetno manja: 9 × 10-28 g). Eksperimentalno utvrđene veličine protona, neutrona i p-mezona jednake su 10-13 cm. Veličine elektrona i miona nisu mogle biti utvrđene, poznato je samo da su manje od 10-15 cm mikroskopske mase i veličine čestica elektrona čine osnovu kvantne specifičnosti njihovog ponašanja. Karakteristične valne duljine koje bi se trebale pripisati česticama elektrona u kvantnoj teoriji su reda veličine blizu tipičnih dimenzija na kojima se događa njihova interakcija (na primjer, za p mezon 1,4 × 10-13 cm). To dovodi do činjenice da su kvantni zakoni odlučujući za čestice elektrona.

Slajd 6

Najvažnije kvantno svojstvo svih čestica elektrona je njihova sposobnost da se stvaraju i uništavaju (emitiraju i apsorbiraju) u interakciji s drugim česticama. U tom pogledu potpuno su analogni fotonima
Oni određuju vezu protona i neutrona u jezgrama atoma i daju iznimnu čvrstoću tih tvorevina, što je temelj stabilnosti materije u zemaljskim uvjetima.
Elektromagnetske interakcije su posebno odgovorne za povezivanje atomskih elektrona s jezgrama i povezivanje atoma u molekulama.
Slabe interakcije uzrokuju vrlo spore procese s elektronima i također uzrokuju spore raspade.

Slajd 7

karakterizira prvenstveno činjenica da imaju jake interakcije, uz elektromagnetsku i slabu
sudjeluju samo u elektromagnetskim i slabim međudjelovanjima

Slajd 8

Slajd 9

Slajd 10

Neki opći problemi teorije čestica
Ne zna se koliki je ukupan broj leptona, kvarkova i raznih vektorskih čestica i postoje li fizikalni principi koji određuju taj broj. Razlozi za podjelu čestica sa spinom 1/2 u 2 različite skupine su nejasni: leptoni i kvarkovi. Porijeklo unutarnjih kvantnih brojeva leptona i kvarkova (L, B, 1, Y, Ch) i takve karakteristike kvarkova. i gluona kao "boje" je nejasno. Koji je mehanizam determiniranja masa pravih E. Koji je razlog prisutnosti različitih klasa interakcija s različitim svojstvima simetrije. CH.

Slajd 11

Zaključak
Stoga bi novonastali trend prema simultanom razmatranju različitih klasa interakcija čestica elektrona najvjerojatnije trebao biti logično dovršen uključivanjem gravitacijske interakcije u opću shemu. Upravo na temelju istovremenog razmatranja svih vrsta međudjelovanja najvjerojatnije je očekivati ​​stvaranje buduće teorije čestica elektrona.

Definicija: Elementarne čestice
pozvati veliku grupu
najmanje čestice materije, ne
biti atomi ili atomski
jezgre.
Elementarne čestice:
elektroni
protoni
neutrino
neutroni
mioni
mezoni
čudne čestice
rezonancije
"lijep"
čestice
fotoni
"začarane" čestice

Oznaka, masa, naboj

Čestica
Elektron
Simbol
0e
-1
Težina, kg
Naboj, Cl
9*10-31
-1,6*10-19
Proton
1p
1
1,673*10-27
+1,6*10-19
Neutron
1n
0
1,675*10-27
0
Foton
γ
0
0

Ogroman broj osnovnih
čestice se ne nalaze u prirodi, jer
nisu stabilni, primaju se u
laboratorijima. Glavni način za
brzo dobivanje sudara
stabilne čestice u tijeku
od čega dio kinetičke energije
pokretne čestice pretvara u
energija nastalih čestica
Svi procesi transformacije čestica
poštovati zakone očuvanja (energije,
impuls, naboj i niz drugih veličina,
specifičan za elementarne čestice).

Konvertibilnost
elementarne čestice – jedan od
najvažnija svojstva.
Moderna fizika
elementarne čestice
također se zove
VISOKA FIZIKA
ENERGIJA.

Američki fizičari M. Gell-Mann i
G. Zweig je predložio hipotezu, prema
od kojih se proton sastoji od tri
naboji: -e/3, +2e/3, +2e/3. Čestice sa
frakcijski naboj nazvan je kvarkovima.
Neutroni, prema ovoj hipotezi,
također se sastoji od tri kvarka,
s nabojima: -e/3, -e/3, +2e/3. Tako,
elementarne čestice nisu
formacije bez strukture.
Prema idejama moderne
fizičari, protoni, neutroni i drugi
Čestice nastaju od kvarkova koji su
imaju frakcijski električni
naknade.

Antičestice

Čestice s masom jednakom masi elektrona, ali
ima pozitivan naboj. Imenovana je
pozitron (0e1).
Istraživanja su pokazala da pozitron može
pojavljuju se kao rezultat interakcije γ-kvanta s
teška jezgra, i uvijek zajedno s elektronom:
γ + X → X + 0e-1 + 0e1
Posljedično, rođenje elektrona-pozitrona
par predstavlja transformaciju jednog
čestica - foton (γ-kvant) u dvije druge čestice -
elektron i pozitron.

Može se generirati par elektron-pozitron
samo foton čija energija nije manja
zbroj energija mirovanja elektrona i pozitrona:
hν ≥ 2mc2
Budući da je energija mirovanja elektrona
približno 0,5 MeV, tada minimalna energija
foton je 1 MeV, a njegova maksimalna valna duljina je:
λmax = hs/2moc2=10-12 m=10-3 nm.
U vakuumu je pozitron, kao i elektron, stabilan,
stabilna čestica. Ali pri međusobnom susretu
prijatelju, elektron i pozitron PONIŠTAJ,
generiranje fotona visoke energije: 0e-1+0e1→2γ
Tijekom anihilacije materije i antimaterije
oslobađa se kolosalna energija -
energija odmora.

Nakon toga su se otvorili
ANTIČESTICE ostalih elementarnih čestica.
Obično se antičestica označava istim slovom,
poput čestice, ali iznad nje postavljena je valovita
osobina. Na primjer, označen je proton
slovo p, a antiproton – p.

Temeljne interakcije
jaka
interakcija
Elektromagnetski
interakcija
Gravitacijski
interakcija
Slab
interakcija

Jaka interakcija karakteristična je za teške
čestice. To je ono što određuje vezu protona, i
neutroni u jezgrama atoma.
U elektromagnetskoj interakciji
uključene su električki nabijene čestice i fotoni.
Zbog elektromagnetske interakcije postoji
veza elektrona s jezgrama u atomima i veza atoma u
molekule. Elektromagnetsko međudjelovanje
određuje mnoga makroskopska svojstva
tvari.
Slaba interakcija je zajednička svima
čestice osim fotona. Njegov najpoznatiji
manifestacija – beta raspad neutrona i atomske jezgre.
Gravitacijska interakcija svojstvena je svemu
tijela svemira; očituje se u obliku sila univerzalnog
gravitacija. Ove sile osiguravaju postojanje zvijezda,
planetarni sustavi itd. U mikrokozmosu gravitacijski
interakcija je izuzetno slaba zbog činjenice da
mase elementarnih čestica su izuzetno male.

Tip
interakcije
jaka
Radius
radnje, m
Intenzitet,
Vektori
relativne jedinice interakcije
10-15
1
Gluoni
∞
10-2
fotoni
10-18
10-10
Srednji
novi
bozoni
∞
10-38
Gravitoni
Elektromagnetski
Slab
Gravitacijski

Elementarne čestice
Leptoni
Hadroni
Hadroni (od grčkog – adros veliki,
jak.) – protoni, neutroni i
druge čestice sudjeluju u svim
četiri interakcije.
Leptoni (od grčkog – leptos –
najlakši, najmanji) – elektroni,
mioni i druge čestice u tri vrste
interakcija, osim
snažna.

?
Postoje li uistinu
elementarne čestice - primarne,
dalje nerazgradive čestice, od
koji bi se trebali sastojati
stvar?
Uistinu
elementarni
čestice
Leptoni
Vektori
interakcije
Kvarkovi

Povijest otkrića elementarnih čestica

Prva elementarna čestica –
elektron – otkrio je engl
fizičar J. Thomson 1897. godine
Engleski fizičar E. Rutherford 1919. god
Pronađen među česticama izbačenim iz
atomske jezgre, protoni. Još jedna čestica
dio jezgre, neutron -
otvorio je 1932. engleski
fizičar J. Chadwick.

Švicarski fizičar W. Pauli 1930. Prvi put
sugerirao da postoje posebne osnovne
čestice - neutrino (Umanjenica od neutron),
bez naboja i (eventualno) mase.
Posebnost neutrina je njihova ogromna
sposobnost prodora, što otežava
otkrivanje. Godine 1934. E. Fermi, na temelju
neutrinska hipoteza, izgradio teoriju β - raspada.
Neutrini su eksperimentalno otkriveni 1953.
Američki fizičari F. Reines i K. Cowan.
Otkriven je pozitron, prva antičestica
K. Andersena 1932. godine
1936. K. Anderson i S. Neddermayer (SAD) pod
otkriveno istraživanje kozmičkih zraka
mioni koji imaju električni naboj (oba
znakovi) - čestice mase približno 200
mase elektrona, ali inače - blizu
svojstva elektrona (i pozitrona).

Godine 1947. grupa engleskih fizičara pod
S. Powellovo vodstvo u kozmičkom zračenju
otkriveni su mezoni (od grčkog Meson - prosjek,
srednji.).
Šezdesetih godina prošlog stoljeća otkriven je velik broj čestica
izuzetno nestabilan, imajući izuzetno malo
životni vijek (oko 10-24 - 10-23s). Ove čestice
zvane rezonancije, čine
većina elementarnih čestica.
Godine 1976.-1977 u eksperimentima anihilacije elektrona
i pozitron, otkrivene su "začarane" čestice.
Njihovo postojanje predvidio je kvark
hipoteza o građi elementarnih čestica.
1983. prvi put su otkriveni intermedijeri
bozoni su skupina teških čestica koje su
nositelji slabe interakcije. Otvor
nove elementarne čestice nastavlja kroz
danas.

ZAKLJUČAK:

“I pravo je čudo da unatoč
nevjerojatna složenost
svijet koji možemo otkriti
u njegovim pojavama ima neke
uzorak."
E. Schrödinger

Prezentacija
završeno:
Gladčenko Marija i
Gladčenko Maksim.

Slajd 2


Test 1. Koji fizikalni sustavi nastaju od elementarnih čestica kao rezultat elektromagnetske interakcije? A. Elektroni, protoni. B. Atomske jezgre. B. Atomi, molekule tvari i antičestice. 2. S gledišta međudjelovanja sve se čestice dijele na tri vrste: A. Mezoni, fotoni i leptoni. B. Fotoni, leptoni i barioni. B. Fotoni, leptoni i hadroni. 3. Koji je glavni čimbenik postojanja elementarnih čestica? A. Uzajamna preobrazba. B. Stabilnost. B. Međusobno djelovanje čestica. 4. Koje interakcije određuju stabilnost jezgri u atomima? A. Gravitacijski. B. Elektromagnetski. B. Nuklearna. D. Slabo.

Slajd 3


6. Realnost transformacije materije u elektromagnetsko polje: A. Potvrđeno iskustvom anihilacije elektrona i pozitrona. B. Potvrđeno pokusom anihilacije elektrona i protona. 7. Reakcija pretvorbe tvari u polje: A. e + 2γ→e+B. e + 2γ→e- B.e+ +e- =2γ. 8. Koja je interakcija odgovorna za pretvaranje elementarnih čestica jedne u drugu? A. Jaka interakcija. B. Gravitacijski. B. Slaba interakcija D. Jaka, slaba, elektromagnetska. Odgovori: B; U; A; U; B; A; U; D. 5. Postoje li u prirodi nepromjenjive čestice? A. Postoje. B. Oni ne postoje.

Slajd 4


1964. godine Gell-Mann i Zweig - hipoteza o postojanju kvarkova. Kvarkovi su naziv za sve navodne "prave elementarne čestice" koje čine sve mezone, barione i rezonancije. Da bi formirali takve čestice, kvarkovi su morali imati naboje +2\3 i -1\3. Takve čestice nismo poznavali!! n +2\3 -1\3 -1\3 u d d P +2\3 +2\3 -1\3 u d u Kvarkovi:u, d, s ,c, b, t. Isti broj antikvarkova Prema Paulijevom principu: u jednom sustavu međusobno povezanih čestica nikada ne postoje barem dvije čestice s identičnim parametrima ako te čestice imaju polucijeli spin.

Slajd 5


Omega - minus - hiperon sastoji se od tri identična kvarka. Kršenje načela?? Jesu li kvarkovi identični?? Oni ne mogu biti identični, stoga se razlikuju po nekim nepoznatim svojstvima. Ova nova svojstva su naboji u boji. Postoje tri vrste (boja) naboja na kvarkovima. Crvena, plava, žuta. Antikvarkovi imaju: anti-crveni, anti-plavi, anti-žuti naboj. Kvarkovi s istim električnim nabojem imaju različite naboje u boji i između njih postoji privlačna sila zbog međudjelovanja boja. Teorija koja opisuje interakciju boja je kromodinamika.

Slajd 6


U prirodi nema slobodnih KVARKA! Snage interakcija boja rastu s povećanjem udaljenosti od kvarka. Kada se veza između kvarkova rađa, GLUON-i osiguravaju interakciju boja. Kombinacija triju boja i triju antiboja daje osam različitih gluona. Danas se smatra da u prirodi postoji 36 kvarkova, 8 gluona, 12 leptona i fotona, ukupno 57 “najelementarnijih” čestica.

Slajd 7


Potraga za najjednostavnijim temeljnim principom materije ponovno je dovela do otkrića kvalitativno novog stupnja u poznavanju prirode. “Elektron je neiscrpan kao i atom, priroda je beskonačna...” V.I. Lenjin D/Z § 87

Pogledaj sve slajdove