Элементарные частицы Муниципальное бюджетное нетиповое общеобразовательное учреждение " Гимназия 1 имени Тасирова Г. Х. города Белово " Презентация к уроку. - презентация

1 Элементарные частицы Муниципальное бюджетное нетиповое общеобразовательное учреждение " Гимназия 1 имени Тасирова Г. Х. города Белово " Презентация к уроку физики в 11 классе ( профильный уровень ) Выполнила : Попова И. А., учитель физики Белово, 2012 г.

2 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

3 Сколько элементов в таблице Менделеева ? Всего лишь 92. Как ? Там больше ? Верно, но 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 ). Он был большим путешественником, и его любимым изречением было : "Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все остальное - воззрение"

4 Дата Фамилия ученогоОткрытие ( гипотеза ) 400 лет до н. э. ДемокритАтом Начало XX в. ТомсонЭлектрон 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 Паули Открытие нейтрино и антинейтрино 1932 г. Дж. Чедвик Нейтрон 1932 гантичастица - позитрон е г. В. Паули Предсказание существования нейтрино n 1935 г. Юкава Открытие мезона Античастица - частица, имеющая ту же массу и спин, но противоположные значения зарядов всех типов; Хронология физики частиц Для любой элементарной частицы есть своя античастица

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

6 Дата Фамилия ученогоОткрытие ( 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 Эта модель к настоящему времени превратилась в стройную теорию всех известных типов взаимодействий частиц.

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

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

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

10 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.

11 Что такое 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 ; Спин (от англ. spin вертеть[-ся], вращение) собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого

12 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 частицыгравитон, тензорные мезоны

13 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.

14 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. Ядерные Механизм взаимодействий один: за счет обмена другими частицами - переносчиками взаимодействия.

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

16 Свойства кварков Кварковые супермультиплеты ( триада и антитриада )

17 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 : цвет

18 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 : масса

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

20 Сим вол Название ЗарядМасса рус. англ. Первое поколение d нижний down 1 / 3 ~ 5 МэВ /c² u верхний up +2/3+2/3 ~ 3 МэВ /c² Второе поколение s странный 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 t истинный truth (top) +2/3+2/3 171 ГэВ /c²

21

22

23 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

24 РАССМОТРИМ ЗАДАЧИ

25 Какая энергия выделяется при аннигиляции электрона и позитрона ?

26 Какая энергия выделяется при аннигиляции протона и антипротона ?

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

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

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

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

31 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.

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

33 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. В. Взаимодействие частиц друг с другом. 4. Какие взаимодействия определяют устойчивость ядер в атомах? А. Гравитационные. Б. Электромагнитные. В. Ядерные. Г. Слабые.

34 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 + 2γе + Б. е + 2γе - 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. 5. Существуют ли в природе неизменные частицы? А. Существуют. Б. Не существуют.

35 Литература Периодическая система элементарных частиц / Ишханов Б. С., Кэбин Э. И. Физика ядра и частиц, XX век / ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ / Частицы и античастицы / Элементарные частицы. справочник > химическая энциклопедия / справочник химическая энциклопедия Физика элементарных частиц / Кварк / wz/index.php/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BAhttp:// wz/index.php/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA Физика ядра и элементарных частиц. Знания – сила. / sila.narod.ru/phisics/phisics_atom_04.htmhttp://znaniya- sila.narod.ru/phisics/phisics_atom_04.htm Кварк. Материал из Википедии свободной энциклопедии / О кварках. / Гармония радуги /