Элементарные частицы.

Вступление: «Мы хотим знать не только как устроена природа и как происходят природные явления, но и … узнать, почему природа является такой, а не другой». А.Эйнштейн

Определение: Элементарными частицами называют большую группу мельчайших частиц материи, не являющихся атомами или атомными ядрами. Элементарные частицы: электроны протоны нейтроны фотоны мезоны мюоны нейтрино странные частицы резонансы «очарованные» частицы «красивые» частицы

ЧастицаСимвол Масса, кгЗаряд, Кл Электрон 0 e -1 9* ,6* Протон 1p11p1 1,673* ,6* Нейтрон 1n01n0 1,675* Фотон γ 00 Обозначение, масса, заряд

Подавляющее число элементарных частиц не встречается в природе, т.к. они не устойчивы, их получают в лабораториях. Основной способ их получения столкновение быстрых стабильных частиц, в процессе которого часть кинетической энергии движущихся частиц превращается в энергию образующихся частиц Все процессы превращения частиц подчиняются законам сохранения (энергии, импульса, заряда и ряда других величин, специфических для элементарных частиц).

Взаимопревращаемость элементарных частиц – одно из наиболее важных свойств. Современная физика элементарных частиц называется также ФИЗИКОЙ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ.

Американские физики М. Гелл-Ман и Г.Цвейг предложили гипотезу, согласно которой протон состоит из трёх зарядов: -е /3, +2е/3, +2е/3. Частицы с дробным зарядом назвали кварками. Нейтроны, согласно этой гипотезе, также состоит из трёх кварков, имеющих заряды: -е/3,-е/3, +2е/3. Итак, элементарные частицы не являются бесструктурными образованиями. Согласно представлениям современной физики, протоны, нейтроны и другие частицы построены из кварков, которые обладают дробными электрическими зарядами.

Античастицы Частицы с массой, равной массе электрона, но имеющей положительный заряд. Её назвали позитроном ( 0 е 1 ). Исследования показали, что позитрон может появиться в результате взаимодействия γ-кванта с тяжелым ядром, причём всегда вместе с электроном: γ + Х Х + 0 е е 1 Следовательно, рождение электрон – позитронной пары представляет собой превращение одной частицы – фотона (γ-кванта) в две другие частицы – электрон и позитрон.

Породить электрон – позитронную пару может только такой фотон, энергия которого не меньше суммы энергий покоя электрона и позитрона: hν 2mc2 Поскольку энергия покоя электрона равна примерно 0,5 МэВ, то минимальная энергия фотона 1 МэВ, а его максимальная длина волны: λмакс = hс/2m o c 2 = м=10 -3 нм. В вакууме позитрон, как и электрон, - устойчивая, стабильная частица. Но, встречаясь друг с другом, электрон и позитрон АННИГИЛИРУЮТ, порождая фотоны большой энергии: 0 е е 1 2γ При аннигиляции вещества и антивещества высвобождается колоссальная энергия – энергия покоя.

В последующее время были открыты АНТИЧАСТИЦЫ других элементарных частиц. Обычно античастица обозначается той же буквой, что и частица, но над ней ставится волнистая черта. Например, протон обозначается буквой р, а антипротон –р.

Фундаментальные взаимодействия Сильное взаимодействие Электромагнитное взаимодействие Слабое взаимодействие Гравитационное взаимодействие

Сильное взаимодействие свойственно тяжелым частицам. Именно оно обусловливает связь протонов, и нейтронов в ядрах атомов. В электромагнитном взаимодействии участвуют электрически заряженные частицы и фотоны. Благодаря электромагнитному взаимодействию существует связь электронов с ядрами в атомах и связь атомов в молекулах. Электромагнитное взаимодействие обусловливает многие макроскопические свойства вещества. Слабое взаимодействие характерно для всех частиц, кроме фотонов. Наиболее известное его проявление бета-распад нейтронов и атомных ядер. Гравитационное взаимодействие присуще всем телам Вселенной; оно проявляется в виде сил всемирного тяготения. Эти силы обеспечивают существование звезд, планетных систем и т.п. В микромире гравитационное взаимодействие является предельно слабым из-за того, что массы элементарных частиц чрезвычайно малы.

Тип заимодействия Радиус действия,м Интенсивность, относительная ед. Переносчики взаимодействия Сильное Глюоны Электромагнитное Фотоны Слабое Промежуточ ные бозоны Гравитационное Гравитоны

Адроны (от греч. – adros большой, сильный.) – протоны, нейтроны и другие частицы участвуют во всех четырёх взаимодействиях. Лептоны (от греч. – leptos – легчайший, маленький.) – электроны, мюоны и другие частицы в трёх типах взаимодействия, за исключением сильного. Элементарные частицы ЛептоныАдроны

Истинно элементарные частицы Лептоны Переносчики взаимодействий Кварки ? Существуют ли истинно элементарные частицы – первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит материя?

История открытия элементарных частиц Первая элементарная частица – электрон – была открыта английским физиком Дж.Томсоном в 1897 г. Английский физик Э.Резерфорд в 1919 г. Обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, протоны. Другая частица, входящая в состав ядра, нейтрон была открыта в 1932 г. английским физиком Дж. Чедвиком.

Швейцарский физик В.Паули в 1930 г. Впервые предположил, что существуют особые элементарные частицы нейтрино (Уменьшительное от нейтрона), не имеющие заряда и (возможно) массы. Отличительная особенность нейтрино огромная проникающая способность, что затрудняет его обнаружение. В 1934 г. Э.Ферми, основываясь на гипотезе нейтрино, построил теорию β - распада. Экспериментально нейтрино открыто в 1953 г. Американскими физиками Ф.Райнесом и К.Коуэном. Позитрон первая античастица был открыт К. Андерсеном в 1932 г. В 1936 г. К.Андерсон и С.Неддермайер (США) при исследовании космических лучей обнаружили мюоны, имеющие электрический заряд (обоих знаков), частицы с массой, равной примерно 200 массам электрона, а в остальном близкие по свойствам к электрону (и позитрону).

В 1947 г. группой английских физиков под руководством С.Пауэлла в космическом излучении были открыты мезоны (От греч. Meson - средний, промежуточный.). В 1960-х гг. было обнаружено большое число частиц, крайне неустойчивых, имеющих чрезвычайно малое время жизни (порядка – с). Эти частицы, получившие название резонансы, составляют большую часть элементарных частиц. В гг. в опытах по аннигиляции электрона и позитрона были открыты «очарованные» частицы. Их существование было предсказано кварковой гипотезой строения элементарных частиц. В 1983 г. были впервые обнаружены промежуточные бозоны группа тяжелых частиц, являющихся переносчиками слабого взаимодействия. Открытие новых элементарных частиц продолжается и по сегодняшний день.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: «И это чудо, что несмотря на поразительную сложность мира, мы можем обнаружить в его явлениях некоторую закономерность.» Э. Шредингер

Презентацию выполнили: Гладченко Мария и Гладченко Максим.