Элементарные частицы Материя сила симметрия Александр Голлай

Элементарные частицы (Материя, сила, симметрия) Александр Голлай

Материя

Идея о первоэлементе Античность Огонь. Вода. Земля. Воздух

Идея о первоэлементе 5 Платоновых тел Существует лишь пять правильных выпуклых многогранников: правильный тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр и икосаэдр

Идея о первоэлементе Что-то состоит из чего-то!

Демокрит (атомистическая картина) Демокрит ( 300 г. до н. э. ) писал в книге в «Малый диакосмос» : «Начало Вселенной - атомы и пустота, все же остальное существует лишь во мнении. Миров бесчисленное множество, и они имеют начало и конец во времени. И ничто не возникает из небытия, не разрешается в небытие. И атомы бесчисленны по величине и по множеству, носятся же они во вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается все сложное: огонь, вода, воздух, земля. Дело в том, что последние суть соединения некоторых атомов. Атомы же не поддаются никакому воздействию и неизменяемы вследствие твердости» .

Аристотель (384 -322 гг. до н. э. ) считал - яблоко можно делить до бесконечности.

Ньютон писал: «Мне кажется, что Бог вначале создал материю в виде сплошных, массивных, твёрдых, непроницаемых, движущихся частиц таких размеров и форм и с такими другими свойствами и в таких пропорциях к пространству, которые наилучшим образом служат той цели, для которой Он их создал, и что эти простейшие частицы, будучи твёрдыми, несравненно прочнее, чем любые другие тела, составленные из них; даже настолько прочны, что никогда не изнашиваются и не разбиваются на куски; никакие обычные силы не в состоянии разделить то, что Бог создал сам в первый день творенья!. . »

Лавуазье, Дальтон, Ломоносов (XVIII в) Атомная гипотеза

Периодический закон Д. И. Менделеева

1897 г. Дж. Томсон Открытие электрона

1911 г. - Резенфонд Планетарная модель атома. Атом водорода – протон.

1932 г. Чедвиг. Открытие нейтрона

Элементарная частица – микрообъект, который невозможно расщепить на составные части. С 1932 г. Открыто более 400 элементарных частиц. Для классификации используют электрический заряд, спин (собственный момент количества движения), время жизни виды взаимодействия.

Паспорт элементарной частицы

Классификация по спину

По величине спина фермионы бозоны Спин это некоторое свойство частиц, проявляющееся во взаимодействии с магнитным полем (на нем основан, в частности, ядерный магнитный резонанс, один из наиболее совершенных методов анализа, как в химии, так и в медицине).

Фермионы – частицы с полуцелым спином: ħ/2, 3/2ħ … (е-, р, n, vе- - электронное нейтрино) ( подчиняется статистики Ферми-Дирака) Для фермионов справедлив принцип Паули: в одном и том же энергетическом состоянии могут находится не более 2 х фермионов с противоположными спинами.

Бозоны – частицы с целым спином 0, ħ, 2ħ … (фотон, мезон) ( подчиняется статистики Бозе-Эйнштейна) Для бозонов принцип Паули не существует, поэтому в одном энергетическом состоянии может находится любое число бозонов.

Рассмотрим в качестве примера распределение фермионов по 3 м возможным энергетическим состояниям системы: E 1, E 2, E 3. N - число фермионов; S - спиновое число S=1/2 S=1/2 S=-1/2 S=1/2 Спин имеет 2 е ориентации S=0, 1 т. е. можно рассматривать как бозон с целым спином 0 или ħ S=1/2 S=-1/2 S=0 (спиновый момент ħ/2) S=1/2 S=1/2 S=3/2

Классификация по виду взаимодействия

Классификация по видам взаимодействия Элементарные частицы адроны лептоны Адроны – элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Лептоны – фундаментальная частица, не участвующая в сильном взаимодействии (12 частиц – 6 частиц и 6 античастиц).

Адроны В 50 -ее годы было открыто множество сильнодействующих нестабильных частиц (hadros-сильный). Адроны состоят из кварков!

1961 г. М. Гелл-Манн предложил «Периодическую систему» для Адронов – «Восьмиричный путь» . В дальнейшем кварковая структура строения Адронов.

Элементарные частицы существуют в 2 х разновидностях Частицы(а) античастицы(ā) Античастицы(ā) – элементарная частица имеющая (по отношению к а) равную массу покоя, одинаковый спин, время жизни и противоположный заряд. Первая античастица обноружена в 1932 г. Американским физиком К. Андерсоном в космическом излучении.

Фотографируя траекторию частиц космических лучей в камере Вильсона, Андерсон обнаружил трек, принадлежащий частице с массой “e-” (а), в магнитном поле частица двигалась по окружности r=(me-v)/( e-B) (Fл=Fц); ее направление движения было неизвестно и зависело от знака заряда. В + а)

Для определения движения частицы Андерсон разместил на ее пути свинцовую пластинку толщиной 6 мм, тормозившую частицу, r уменьшился (V), движение снизу вверх и обладает (+), т. е. античастица электрона – позитрон е+ В + + б)

В 1947 г. – антипион 1955 г. - антипротон 1956 г. – антинейтрон Получены атомы антидейтерия, антитрития, антигелия. Истинно нейтральной частицей является фотон, совпадающий со своей античастицей.

Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее античастицей, в результате которой они превращаются в γкванты (фотоны) или другие частицы. е- + е+→ 2 γ Один γ-квант не образуется т. к. одновременно должны быть выполнены законы сохранения импульса и энергии.

Аннигиляция

Электрон – позитронная пара возникает при взаимодействии γ-кванта с веществом. γ→ е- + е+ В е- е+ γ

Аннигиляция и рождение пар частица-античастица.

Размеры

Сила

Фундаментальное взаимодействие На сегодня достоверно известно существование четырёх фундаментальных взаимодействий: • гравитационного • электромагнитного • сильного • слабого

Взаимодей ствие Теория Общая теория Гравитацио относительности (1916, нное Эйнштейн) Слабое гравитон? Квантовая хромодинамика (1973) Радиус Относител действия ьная сила ∞ 1 10− 18 м 1025 фотон ∞ 1036 глюоны 10− 15 м 1038 Теория электрослабого взаимодействия (1967, W- и Z-бозоны Салам, Глэшоу, Вайнберг) Квантовая Электромаг электродинамика (1927 нитное -1940 -е, Дирак, Паули, Фейнман, Швингер) Сильное Квант поля

Сильное ядерное взаимодействие (цветовое взаимодействие, ядерное взаимодействие) — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в физике. Сильное взаимодействие действует в масштабах атомных ядер и меньше, отвечая за притяжение между нуклонами в ядрах и между кварками в адронах.

Слабое взаимодействие, или слабое ядерное взаимодействие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе. Оно ответственно, в частности, за бета-распад ядра. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия, значимые для ядерной физики (сильное и электромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью.

Любое взаимодействие обусловлено обменом частиц. В 1956 г. Американский физик Швингер предположил, что переносчиком слабого взаимодействия являются 2 заряженных промежуточных векторных бозона W+ и W-. В 1961 г. – американский физик Глэшоу отрицательный и нейтральный бозон.

Симметрия

Симметрия История про симметрию – это всегда история про ПРЕОБРАЗОВАНИЯ и НЕРАЗЛИЧИМОСТЬ.

Максимальная симметрия не интересна!

Истинная гармония – «слегка» нарушенная симметрия.

Наш мир≠Зеркальному

Наш мир ≠ Зеркальному Если разрезать фотографию лица по центру и зеркально отразить половины, то в результате вы получите не два одинаковых фото, а совершенно разные!

Наш мир ≠ Зеркальному

Наш мир ≠ Зеркальному

Наш мир ≠ Зеркальному

Элементарные частицы

Элементарные частицы

Элементарные частицы 2008 г. - Нобелевская премия за данную картинку!