Элементарные частицы Выполнили : Платонов Д.И Коротаев К.Ю Магнитогорск, 2012 г. - презентация

1 Элементарные частицы Выполнили : Платонов Д.И Коротаев К.Ю Магнитогорск, 2012 г.

2 Элементы в таблице Менделеева В таблице всего лишь 92 элемента, все остальные - искусственно полученные, они в природе не встречаются. Итак - 92 атома. Из них тоже можно составить молекулы, т.е. вещества! Но то, что все вещества состоят из атомов, утверждал еще Демокрит ( 400 лет до нашей эры ).

3 Открытие Элементарных Частиц Явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце 19 в. Оно было подготовлено всесторонними исследованиями оптических спектров атомов, изучением электрических явлений в жидкостях и газах, открытием фотоэлектричества, рентгеновских лучей, естественной радиоактивности, свидетельствовавших о существовании сложной структуры материи.

4 Дата Фамилия ученого Открытие (гипотеза) 400 лет до н.э. Демокрит Атом Начало XX в. Томсон Электрон 1910 г.Э. Резерфорд Протон 1928 г.Дирак и Андерсон Открытие позитрона 1928 г.А. Эйнштейн Фотон 1929 г.П. Дирак Предсказание существования античастиц 1931 г ПаулиОткрытие нейтрино и антинейтрино 1932 г.Дж. Чедвик Нейтрон 1932 г античастица - позитрон е г.В. Паули Предсказание существования нейтрино n 1935 г.Юкава Открытие мезона Хронология физики частиц

5 Дата Открытие (гипотеза) Второй этап 1947 г.Открытие π-мезона p в космических лучах До начала 1960-х гг. Было открыто несколько сотен новых элементарных частиц, имеющих массы в диапазоне от 140 МэВ до 2 ГэВ. Хронология физики частиц

6 Дата Фамилия ученого Открытие (гипотеза) Третий этап 1962 г.М. Гелл- Манн и независимо Дж. Цвейг Предложили модель строения сильно взаимодействующих частиц из фундаментальных частиц - кварков 1995 г.Открытие последнего из ожидавшихся, шестого кварка Хронология физики частиц

7 Величины, характеризующие элементарные частицы Масса Электрический заряд Время жизни Спин (собственный момент импульса)

8 Главные свойства Элементарных Частиц Способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с др. частицами. В этом отношении они полностью аналогичны фотонам. Другое важное свойство, их многочисленность. Почти все ЭЧ нестабильны. Источником заряда частиц высоких энергий в основном являются ускорители.

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

10 Фермионы подразделяются на Лептоны - фундаментальные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. Кварки - фундаментальные частицы, обладающая электрическим зарядом, кратным е/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии.

11

12

13 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.

14 Спин Спин демонстрирует, что существует пространство состояний, никак не связанное с перемещением частицы в обычном пространстве; Спин (от англ. to spin – крутиться ) часто сравнивают с угловым моментом «быстро вращающегося волчка» - это неверно! Спин является внутренней квантовой характеристикой частицы, которая не имеет аналога в классической механике;

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

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

17 Четыре вида физических взаимодействий гравитационные, электромагнитные, слабые, сильные. Слабое взаимодействие - меняет внутреннюю природу частиц. Сильные взаимодействия - обусловливают различные ядерные реакции, а также возникновение сил, связывающих нейтроны и протоны в ядрах.

18 Взаимодействие Радиус действия Конст. взаимдств. Гравитационное Бесконечно большой Электромагнитно е Бесконечно большой 1/137 Слабое Не превышает см Сильное Не превышает см 1

19 Свойства кварков Кварковые супермультиплеты (триада и анти триада )

20 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 анти цвета анти синий, анти зелёный и антикрасный. В отличие от кварков, антикварки обладают не цветом, а анти цветом, то есть противоположным цветовым зарядом.

21 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.

22 Свойства кварков: аромат Каждый аромат (вид) кварка характеризуется такими квантовыми числами, как изоспин I z, странность S, очарование C, прелесть (боттомность, красота) B, истинность (точность) T.

23 Свойства кварков: аромат Си мво л Название Заряд Масса рус.англ. Первое поколение dнижний down 1 / 3 ~ 5 МэВ/c² uверхний up +2/3+2/3 ~ 3 МэВ/c² Второе поколение sстранный strange 1 / 3 95 ± 25 МэВ/c² c очарованный charm (charmed) +2/3+2/3 1,8 ГэВ/c² Третье поколение b прелестный beauty (bottom) 1 / 3 4,5 ГэВ/c² tистинный truth (top) +2/3+2/3 171 ГэВ/c²

24

25

26 Характеристика Тип кварка duscbt Электрический заряд Q-1/3+2/3-1/3+2/3-1/3+2/3 Барионное число B1/3 Спин J1/2 Четность P+1 Изоспин I1/ Проекция изоспина I 3 -1/2+1/20000 Странность s00000 Charm c Bottomness b00000 Topness t Масса в составе адрона, ГэВ Масса "свободного" кварка, ГэВ~ ~ Характеристики кварков