Муниципальное бюджетное нетиповое общеобразовательное учреждение Гимназия 1

Муниципальное бюджетное нетиповое общеобразовательное учреждение "Гимназия № 1 имени Тасирова Г. Х. города Белово" Элементарные частицы Презентация к уроку физики в 11 классе (профильный уровень) Выполнила: Попова И. А. , учитель физики Белово, 2012 г.

ЦЕЛЬ: Ознакомление с физикой элементарных частиц и систематизация знаний по теме. Развитие абстрактного, экологического и научного мышления учащихся на основе представлений об элементарных частицах и их взаимодействиях

Сколько элементов в таблице Менделеева? "Не существует ничего, кроме • Всего лишь 92. • Как? Там больше? атомов и чистого • Верно, но все остальные - искусственно полученные, они в природе не встречаются. пространства, все остальное • Итак - 92 атома. Из них тоже можно составить молекулы, т. е. вещества! воззрение" • Но то, что все вещества состоят из атомов, утверждал еще Демокрит (400 лет до нашей эры). • Он был большим путешественником, и его любимым изречением было:

Хронология физики частиц Демокрит Атом Дата Фамилия ученого Открытие (гипотеза) 400 лет до н. э. Начало XX 1910 г. 1928 г. 1929 г. в. Томсон Электрон Античастица - частица, имеющая Э. Резерфорд же массу и спин, но ту Протон Дирак и Открытие позитрона противоположные значения Андерсон зарядов всех типов; А. Эйнштейн Фотон П. Дирак Предсказание существования античастиц Паули Открытие нейтрино и антинейтрино Нейтрон 1932 г Для любой элементарной частицы Дж. Чедвик есть своя античастица - позитрон е+ 1930 г. В. Паули Предсказание существования нейтрино n 1931 г 1932 г.

Хронология физики частиц Дата Открытие (гипотеза) Перед физиками - теоретиками встала труднейшая задача упорядочить весь Второй этап обнаруженный "зоопарк" в частиц и 1947 г. Открытие π-мезона p попытаться свести число космических лучах фундаментальных частиц к минимуму, До начала Было открыто несколько сотен доказав, новых элементарных частиц, 1960 -х гг. что другие частицы состоят из фундаментальныхдиапазоне от 140 имеющих массы в частиц Все эти Мэ. В до 2 Гэ. В. нестабильными, т. е. частицы были распадались на частицы с меньшими массами, в конечном счете превращаясь в стабильные протон, электрон, фотон и нейтрино (и их античастицы).

Хронология физики частиц Дата Фамилия ученого Открытие (гипотеза) Третий этап 1962 г. М. Гелл. Предложили модель Манн и строения сильно независимо взаимодействующих Дж. Цвейг частиц из фундаментальных частиц - кварков 1995 г. Открытие последнего в Эта модель к настоящему времени превратилась из стройную теорию ожидавшихся, шестого всех известных типов взаимодействий частиц. кварка

Как обнаружить элементарную частицу? • Обычно изучают и анализируют следы (траектории или треки), оставленные частицами, по фотографиям

Классификация элементарных частиц Все частицы делятся на два класса: 1. Фермионы, которые составляют вещество; 2. Бозоны, через которые осуществляется взаимодействие.

Классификация элементарных Кварки участвуют в сильных частиц взаимодействиях, а также в слабых и в • Фермионы электромагнитных. подразделяются на • лептоны • кварки.

Кварки • Гелл-Манн и Георг Цвейг предложили кварковую модель в 1964 г. • Принцип Паули: в одной системе взаимосвязанных частиц никогда не существует хотя бы две частицы с тождественными параметрами, если эти частицы обладают полуцелым спином. М. Гелл-Манн на конференции в 2007 г.

Что такое спин? • Спин демонстрирует, что существует Спин (от англ. spin — вертеть[-ся], пространство состояний, никак не связанное с вращение) — собственный момент перемещением частицы в обычном пространстве; импульса элементарных частиц, • Спин (от англ. to spin – крутиться) часто сравнивают с угловым моментом «быстро и имеющий квантовую природу вращающегося волчка» - это неверно! не связанный с перемещением • Спин является внутренней квантовой частицы как целого характеристикой частицы, которая не имеет аналога в классической механике;

Спины некоторых микрочастиц Спин 0 1/2 1 3/2 2 Ообщее название частиц Примеры скалярные частицы π-мезоны, K-мезоны, хиггсовский бозон, атомы и ядра 4 He, чётно-чётные ядра, парапозитроний спинорные частицы векторные частицы спин-векторные частицы тензорные электрон, кварки, протон, нейтрон, атомы и ядра 3 He фотон, глюон, векторные мезоны, ортопозитроний Δ-изобары гравитон, тензорные

Кварки • Кварки участвуют в сильных взаимодействиях, а также в слабых и в электромагнитных. • Заряды кварков дробные - от -1/3 e до +2/3 e (e - заряд электрона). • Кварки в сегодняшней Вселенной существуют только в связанных состояниях - только в составе адронов. Например, протон - uud, нейтрон - udd.

Четыре вида физических взаимодействий • • гравитационные, электромагнитные, слабые, Ядерные сильные. Механизм взаимодействий Слабое взаимодействие - меняет внутреннюю один: за счет обмена природу частиц. другими частицами Сильные взаимодействия - обусловливают различные ядерные реакции, а также возникновение - переносчиками сил, связывающих нейтроны и протоны в ядрах. взаимодействия.

Четыре вида физических взаимодействий • Электромагнитное И фотоны, и Конст. Взаимодействие Радиус действия взаимодействие: переносчик - взаимдств. гравитоны не фотон. имеют массы • Гравитационное Бесконечно большой 6. 10 -39 взаимодействие: переносчики - (массы покоя) и кванты поля тяготения - всегда движутся Электромагнитн гравитоны. Бесконечно большой 1/137 ое со скоростью • Слабые взаимодействия: света. переносчики - векторные бозоны. Слабое Не превышает 10 -16 см 10 -14 Существенным • Переносчики сильных отличием переносчиков взаимодействий: глюоны (от слабого взаимодействия Сильное Не превышает 10 -13 см 1 английского слова glue - клей), от фотона и гравитона с массой покоя равной нулю. является их массивность.

Свойства кварков Кварковые супермультиплеты (триада <u, d, s> и антитриада <u, d, s>)

Свойства кварков: цвет • Кварки имеют свойство, называемое цветовой заряд. • Существуют три вида цветового заряда, условно обозначаемые как • синий, • зелёный • Красный. • Каждый цвет имеет дополнение в виде своего антицвета —антисиний, антизелёный и антикрасный. • В отличие от кварков, антикварки обладают не цветом, а антицветом, то есть противоположным цветовым зарядом.

Свойства кварков: масса • У кварков имеется два основных типа масс, несовпадающих по величине: • масса токового кварка, оцениваемая в процессах со значительной передачей квадрата 4 -импульса, и • структурная масса (блоковая, конституэнтная масса); включает в себя ещё массу глюонного поля вокруг кварка и оценивается из массы адронов и их кваркового состава.

Свойства кварков: аромат • Каждый аромат (вид) кварка характеризуется такими квантовыми числами, как • изоспин Iz, • странность S, • очарование C, • прелесть (боттомность, красота) B′, • истинность (топность) T.

Свойства кварков: аромат Си мво л Название рус. англ. Заряд Масса Первое поколение d нижний down − 1/3 ~ 5 Мэ. В/c² u верхний up +2/3 ~ 3 Мэ. В/c² Второе поколение s странный strange − 1/3 95 ± 25 Мэ. В/c² c очарованны й charm (charmed) +2/3 1, 8 Гэ. В/c² Третье поколение b прелестный beauty (bottom) − 1/3 4, 5 Гэ. В/c²

Характеристики кварковt d u s c b Характеристика Электрический заряд Q Барионное число B Спин J Четность P Изоспин I Проекция изоспина I 3 Странность s Charm c Bottomness b Topness t Масса в составе адрона, Гэ. В Тип кварка -1/3 +2/3 -1/3 +2/ 3 1/3 1/3 1/2 1/2 +1 +1 1/2 0 0 -1/2 +1/2 0 0 -1 0 0 +1 0 0 0 0 0. 31 0. 51 1. 8 1/3 1/2 +1 0 0 -1 0 5 +2/3 1/2 +1 0 0 0 +1 180 Масса "свободного" кварка, Гэ. В ~0. 00 0. 08 - 1. 1 - 4. 1 - 174+

РАССМОТРИМ ЗАДАЧИ

Какая энергия выделяется при аннигиляции электрона и позитрона?

Какая энергия выделяется при аннигиляции протона и антипротона?

При каких ядерных процессах возникает нейтрино? • • А. При α - распаде. Б. При β - распаде. В. При излучении γ - квантов. Г. При любых ядерных превращениях

При каких ядерных процессах возникает антинейтрино? • • А. При α - распаде. Б. При β - распаде. В. При излучении γ - квантов. Г. При любых ядерных превращениях

Протон состоит из. . . • • А. . нейтрона, позитрона и нейтрино. Б. . мезонов. В. . кварков. Г. Протон не имеет составных частей.

Нейтрон состоит из. . . • • А. . протона, электрона и нейтрино. Б. . мезонов. В. . кварков. Г. Нейтрон не имеет составных частей.

Что было доказано опытами Дэвиссона и Джермера? • А. Квантовый характер поглощения энергии атомами. • Б. Квантовый характер излучения энергии атомами. • В. Волновые свойства света. • Г. Волновые свойства электронов.

Какая из приведенных формул определяет длину волны де. Бройля для электрона (m и v — масса и скорость электрона)?

Тест 1. Какие физические системы образуются из элементарных частиц в результате электромагнитного взаимодействия? А. Электроны, протоны. Б. Ядра атомов. В. Атомы, молекулы вещества и античастицы. 2. С точки зрения взаимодействия все частицы делятся на три типа: А. Мезоны, фотоны и лептоны. Б. Фотоны, лептоны и барионы. В. Фотоны, лептоны и адроны. 3. Что является главным фактором существования элементарных частиц? А. Взаимное превращение. Б. Стабильность. Взаимодействие частиц друг с другом. 4. Какие взаимодействия определяют устойчивость ядер в атомах? А. Гравитационные. Б. Электромагнитные. В. Ядерные. Г. Слабые.

5. Существуют ли в природе неизменные частицы? А. Существуют. Б. Не существуют. 6. Реальность превращения вещества в электромагнитное поле: А. Подтверждается на опыте аннигиляции электрона и позитрона. Б. Подтверждается на опыте аннигиляции электрона и протона. 7. Реакция превращения вещества в поле: А. е + 2γ→е+ Б. е + 2γ→е- В. е+ +е- =2γ. 8. Какое взаимодействие ответственно за превращение элементарных частиц друг в друга? А. Сильное взаимодействие. Б. Гравитационное. В. Слабое взаимодействие Г. Сильное, слабое, электромагнитное. Ответы: В; В; А; В; Б; А; В; Г.

Литература • • • Периодическая система элементарных частиц / http: //www. organizmica. ru/archive/508/pic-011. gif; Ишханов Б. С. , Кэбин Э. И. Физика ядра и частиц, XX век / http: //nuclphys. sinp. msu. ru/introduction/index. html ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ / HTTP: //LIB. KEMTIPP. RU/LIB/27/48. HTM Частицы и античастицы / http: //www. pppa. ru/additional/02 phy/07/phy 23. php Элементарные частицы. справочник > химическая энциклопедия / http: //www. chemport. ru/chemical_encyclopedia_article_4519. html Физика элементарных частиц / http: //www. leforio. narod. ru/particles_physics. htm Кварк / http: //www. wikiznanie. ru/ruwz/index. php/%D 0%9 A%D 0%B 2%D 0%B 0%D 1%80%D 0%BA Физика ядра и элементарных частиц. Знания – сила. / http: //znaniyasila. narod. ru/phisics_atom_04. htm Кварк. Материал из Википедии — свободной энциклопедии / http: //ru. wikipedia. org/wiki/%CA%E 2%E 0%F 0%EA 2. О кварках. / http: //www. milogiya. narod. ru/kvarki 1. htm Гармония радуги / http: //www. milogiya 2008. ru/uzakon 5. htm