Zbirka elementarnih čestica i njihovih polja. Fizika elementarnih čestica. Atomska i nuklearna fizika

Klasa: 11

Class: 11

Vrsta lekcije: lekcija izučavanja i primarnog učvršćivanja novih znanja

Nastavna metoda: predavanje

Oblik aktivnosti učenika: frontalni, kolektivni, individualni

Svrha lekcije: proširiti razumijevanje učenika o strukturi materije; razmotriti glavne faze u razvoju fizike elementarnih čestica; dati ideju o elementarnim česticama i njihovim svojstvima.

Ciljevi časa:

  • Obrazovni: upoznati studente sa pojmom - elementarna čestica, sa tipologijom elementarnih čestica, kao i sa metodama za proučavanje svojstava elementarnih čestica;
  • Developing: razvijati kognitivni interes učenika, osiguravajući njihovo izvodljivo uključivanje u aktivnu kognitivnu aktivnost;
  • Obrazovni: obrazovanje univerzalnih ljudskih kvaliteta - svijest o percepciji naučnih dostignuća u svijetu; razvoj znatiželje, izdržljivosti.

Oprema za čas:

Didaktički materijali: udžbenički materijal, testne kartice i tabele

Vizuelna pomagala: Prezentacija

1. Organizacija početka lekcije.

Aktivnosti nastavnika: međusobni pozdravi nastavnika i učenika, popravljanje učenika, provjera spremnosti učenika za čas. Organizacija pažnje i uključivanje učenika u poslovni ritam rada.

organizacija pažnje i uključivanje u poslovni ritam rada.

2. Priprema za glavnu fazu lekcije.

Aktivnosti nastavnika: danas ćemo početi proučavati novi odjeljak "Kvantna fizika" - "Elementarne čestice". U ovom poglavlju govorit ćemo o primarnim, dalje nerazgradivim česticama, od kojih je izgrađena sva materija, o elementarnim česticama.

Fizičari su otkrili postojanje elementarnih čestica u proučavanju nuklearnih procesa, pa je do sredine 20. stoljeća fizika elementarnih čestica bila grana nuklearne fizike. Trenutno su fizika elementarnih čestica i nuklearna fizika bliske, ali nezavisne grane fizike, ujedinjene zajedništvom mnogih problema koji se razmatraju i korištenim istraživačkim metodama.

Glavni zadatak fizike elementarnih čestica je proučavanje prirode, svojstava i međusobnih transformacija elementarnih čestica.

To će također biti naš glavni zadatak u proučavanju fizike elementarnih čestica.

3. Usvajanje novih znanja i metoda djelovanja.

Aktivnosti nastavnika: Tema lekcije: "Faze razvoja fizike elementarnih čestica". U lekciji ćemo razmotriti sljedeća pitanja:

  • Povijest razvoja ideja da se svijet sastoji od elementarnih čestica
  • Šta su elementarne čestice?
  • Kako se može dobiti zasebna elementarna čestica i je li to moguće?
  • Tipologija čestica.

Ideja da se svijet sastoji od osnovnih čestica ima dugu istoriju. Danas postoje tri faze u razvoju fizike elementarnih čestica.

Otvorimo vodič. Upoznajmo se s nazivima pozornica i vremenskim okvirima.

Predviđene aktivnosti učenika:

Faza 1. Od elektrona do pozitrona: 1897 - 1932

Faza 2. Od pozitrona do kvarkova: 1932 - 1964

Faza 3. Od hipoteze o kvarkovima (1964.) do danas.

Aktivnosti nastavnika:

Faza 1.

Elementarna, tj. najjednostavniji, nedjeljiv dalje, ovako je slavni starogrčki naučnik Demokrit zamislio atom. Dopustite mi da vas podsjetim da riječ "atom" u prijevodu znači "nedjeljiv". Po prvi put, ideju o postojanju najmanjih, nevidljivih čestica koje sačinjavaju sve okolne objekte izrazio je Demokrit 400 godina prije naše ere. Nauka je počela koristiti pojam atoma tek početkom 19. stoljeća, kada je na toj osnovi bilo moguće objasniti brojne kemijske pojave. Krajem ovog stoljeća otkrivena je složena struktura atoma. Godine 1911. otkriveno je atomsko jezgro (E. Rutherford) i konačno je dokazano da atomi imaju složenu strukturu.

Sjetimo se ljudi: koje su čestice uključene u atom i ukratko ih okarakteriziramo?

Predviđene aktivnosti učenika:

Aktivnosti nastavnika: momci, možda se netko sjeća od vas: ko je i u kojim godinama otkrio elektron, proton i neutron?

Predviđene aktivnosti učenika:

Elektron. 1898. J. Thomson je dokazao stvarnost postojanja elektrona. 1909. R. Millikan je prvi put izmjerio naboj elektrona.

Proton. 1919. E. Rutherford je, bombardirajući dušik - česticama, otkrio česticu čiji je naboj jednak naboju elektrona, a masa je 1836 puta veća od mase elektrona. Čestica je dobila ime proton.

Neutron. Rutherford je također predložio postojanje čestice bez naboja, čija je masa jednaka masi protona.

Godine 1932. D. Chadwick je otkrio česticu koju je Rutherford predložio i nazvao je neutron.

Aktivnosti nastavnika: nakon otkrića protona i neutrona postalo je jasno da jezgre atoma, kao i sami atomi, imaju složenu strukturu. Nastala je protonsko-neutronska teorija strukture jezgri (D. D. Ivanenko i V. Heisenberg).

Tridesetih godina XIX stoljeća u teoriji elektrolize, koju je razvio M. Faraday, pojavio se koncept iona i provedeno je mjerenje elementarnog naboja. Kraj XIX veka - pored otkrića elektrona, obeležen je otkrićem fenomena radioaktivnosti (A. Becquerel, 1896). Godine 1905. fizika je razvila koncept kvantova elektromagnetskog polja - fotona (A. Einstein).

Sjetimo se: šta se zove foton?

Predviđene aktivnosti učenika: Photon(ili kvant elektromagnetskog zračenja) - elementarna laka čestica, električno neutralna, lišena mase mirovanja, ali koja posjeduje energiju i zamah.

Aktivnosti nastavnika: otvorene čestice smatrane su nedjeljivim i nepromjenjivim početnim entitetima, glavnim građevinskim blokovima svemira. Međutim, ovo mišljenje nije dugo trajalo.

Faza 2.

Tridesetih godina prošlog stoljeća otkrivene su i istražene međusobne transformacije protona i neutrona, te je postalo jasno da te čestice također nisu nepromenljivi elementarni "građevni blokovi" prirode.

Trenutno je poznato oko 400 subnuklearnih čestica (čestice od kojih su sastavljeni atomi, koji se obično nazivaju elementarnima). Velika većina ovih čestica je nestabilna (elementarne čestice se pretvaraju jedna u drugu).

Jedini izuzeci su fotoni, elektroni, protoni i neutrini.

Foton, elektron, proton i neutrino su stabilne čestice (čestice koje mogu postojati u slobodnom stanju neograničeno vrijeme), ali svaka se u interakciji s drugim česticama može pretvoriti u druge čestice.

Sve ostale čestice u pravilnim razmacima podliježu spontanim transformacijama u druge čestice, a to je glavna činjenica njihovog postojanja.

Spomenuo sam još jednu česticu - neutrino. Koje su glavne karakteristike ove čestice? Ko je i kada otvorio?

Predviđena aktivnost učenika: Neutrino je čestica bez električnog naboja, a masa mirovanja jednaka je 0. Postojanje ove čestice predvidio je 1931. V. Pauli, a 1955. čestica je eksperimentalno registrirana. Pojavljuje se kao posljedica raspada neutrona:

Aktivnosti nastavnika: nestabilne elementarne čestice jako se razlikuju jedna od druge u pogledu životnog vijeka.

Najdugovječnija čestica je neutron. Životni vijek neutrona je oko 15 minuta.

Druge čestice "žive" mnogo kraće vrijeme.

Postoji nekoliko desetina čestica sa životnim vijekom većim od 10 -17 s. Na skali mikrosvijeta, ovo je značajno vrijeme. Takve čestice se nazivaju relativno stabilan .

Većina kratkog vijeka elementarne čestice imaju vijek trajanja od 10 -22 -10 -23 s.

Sposobnost međusobne transformacije najvažnije je svojstvo svih elementarnih čestica.

Elementarne čestice mogu se roditi i uništiti (emitirati i apsorbirati). To se odnosi i na stabilne čestice s jedinom razlikom što se transformacije stabilnih čestica ne događaju spontano, već u interakciji s drugim česticama.

Primjer je uništenje (tj. nestanak) elektrona i pozitrona, praćene proizvodnjom visokoenergetskih fotona.

Pozitron je (antičestica elektrona) pozitivno nabijena čestica koja ima istu masu i isti (po modulu) naboj kao elektron. O njegovim karakteristikama ćemo detaljnije govoriti u sljedećoj lekciji. Recimo samo da je postojanje pozitrona predvidio P. Dirac 1928., a otkrio 1932. u kosmičkim zrakama K. Anderson.

Godine 1937. u kosmičkim zrakama otkrivene su čestice mase 207 masa elektrona, tzv muoni (-mesoni). Prosječni životni vijek mezona je 2,2 * 10 -6 s.

Potom su 1947.-1950. Otvorene božuri (tj. -mesoni). Prosječni životni vijek neutralnog mezonca je 0,87 · 10 -16 s.

U narednim godinama broj novootkrivenih čestica počeo je brzo rasti. To je olakšano proučavanjem kozmičkih zraka, razvojem tehnologije akceleratora i proučavanjem nuklearnih reakcija.

Suvremeni akceleratori potrebni su za provedbu procesa stvaranja novih čestica i proučavanje svojstava elementarnih čestica. Početne čestice se ubrzavaju u akceleratoru do velikih energija "na putu sudara" i sudaraju se jedna s drugom na određenom mjestu. Ako je energija čestica velika, tada se u procesu sudara rađa mnogo novih čestica, obično nestabilnih. Ove čestice, raspršujući se od mjesta sudara, raspadaju se u stabilnije čestice, koje registriraju detektori. Za svaki takav čin sudara (fizičari kažu: za svaki događaj) - i registriraju se u hiljadama u sekundi! -eksperimentatori kao rezultat određuju kinematičke varijable: vrijednosti impulsa i energije "uhvaćenih" čestica, kao i njihove putanje (vidi sliku u udžbeniku). Prikupivši mnoge događaje istog tipa i proučivši raspodjelu ovih kinematičkih veličina, fizičari rekonstruiraju kako se odvijala interakcija i koja se vrsta čestica može pripisati nastalim česticama.

Faza 3.

Elementarne čestice grupisane su u tri grupe: fotoni , leptoni i hadroni (Dodatak 2).

Ljudi, recite mi čestice koje pripadaju grupi fotona.

Predviđene aktivnosti učenika: U grupu fotoni postoji samo jedna čestica - foton

Aktivnosti nastavnika: sljedeću grupu čine lake čestice leptoni.

Predviđene aktivnosti učenika: ova grupa uključuje dvije vrste neutrina (elektron i muon), elektronski i? -mezon

Aktivnosti nastavnika: leptoni takođe uključuju brojne čestice koje nisu navedene u tabeli.

Treću veliku grupu čine teške čestice tzv hadroni... Ova grupa je podijeljena u dvije podgrupe. Lakše čestice čine podgrupu mezoni .

Predviđene aktivnosti učenika: najlakši od njih su pozitivno i negativno nabijeni, kao i neutralni ljudi. Božur je kvanta nuklearnog polja.

Aktivnosti nastavnika: druga podgrupa - barioni - uključuje teže čestice. Najopsežniji je.

Predviđene aktivnosti učenika: najlakši barioni su nukleoni - protoni i neutroni.

Aktivnosti nastavnika: slijede ih takozvani hiperoni. Zatvaranje stola je omega-minus-hiperon, otkriven 1964. godine.

Obilje otkrivenih i novootkrivenih hadrona navelo je naučnike da vjeruju da su svi izgrađeni od nekih drugih fundamentalnijih čestica.

Godine 1964. američki fizičar M. Gell -Mann iznio je hipotezu, potvrđenu kasnijim studijama, da su sve teške fundamentalne čestice - hadroni - izgrađene od fundamentalnijih čestica tzv. kvarkovi.

Sa strukturnog stajališta, elementarne čestice koje čine atomska jezgra (nukleone), i općenito sve teške čestice - hadroni (barioni i mezoni) - sastoje se od još jednostavnijih čestica, koje se obično nazivaju temeljnima. U ovoj ulozi, istinski osnovni primarni elementi materije su kvarkovi, čiji je električni naboj +2/3 ili -1/3 jediničnog pozitivnog naboja protona.

Najčešći i najlakši kvarkovi nazivaju se gornji i donji kvarkovi i označavaju u (od engleskog gore) i d (dolje). Ponekad se nazivaju i protonski i neutronski kvarkovi zbog činjenice da se proton sastoji od kombinacije uud, a neutron je udd. Up quark ima naboj od +2/3; dolje - negativan naboj -1/3. Budući da se protoni sastoje od dva gore i jednog dolje, a neutron od jednog gore i dva dolje kvarka, možete neovisno provjeriti je li ukupni naboj protona i neutrona strogo jednak 1 i 0.

Druga dva para kvarkova dio su egzotičnijih čestica. Kvarkovi iz drugog para zovu se začarani - c (od začarani) i čudni - s (od čudnih).

Treći par čine pravi - t (iz istine ili u engleskoj tradiciji vrha) i lijepi - b (iz ljepote, ili u engleskoj tradiciji dna) kvarkovi.

Gotovo sve čestice koje se sastoje od različitih kombinacija kvarkova već su eksperimentalno otkrivene

Usvajanjem hipoteze o kvarku bilo je moguće stvoriti skladan sistem elementarnih čestica. Brojne potrage za kvarkovima u slobodnom stanju, provedene na akceleratorima velike energije i u kozmičkim zrakama, bile su neuspješne. Naučnici vjeruju da je jedan od razloga neprimjetnosti slobodnih kvarkova vjerovatno njihova vrlo velika masa. Time se sprječava proizvodnja kvarkova pri energijama koje se postižu suvremenim akceleratorima.

Međutim, u decembru 2006. čudna poruka o otkriću "besplatnih top-kvarkova" prošla je putem izvora naučnih novinskih agencija i medija.

4. Početna provjera razumijevanja.

Aktivnosti nastavnika: pa momci, pokrivali smo vas:

  • glavne faze u razvoju fizike elementarnih čestica
  • otkrio koja se čestica naziva elementarna
  • upoznao tipologiju čestica.

U sljedećoj lekciji ćemo pogledati:

  • detaljniju klasifikaciju elementarnih čestica
  • vrste interakcija elementarnih čestica
  • antičestice.

A sada vam predlažem da izvršite test kako biste u svom sjećanju oživjeli glavne točke materijala koje smo proučavali (Dodatak 3).

5. Sumiranje rezultata lekcije.

Aktivnosti nastavnika: Ocjenjivanje najaktivnijih učenika.

6. Domaći zadatak

Aktivnosti nastavnika:

1. pr 115, bldg 347

2. rezime odlomka prema planu zabeleženom u lekciji.

Fizičari su otkrili postojanje elementarnih čestica u proučavanju nuklearnih procesa, pa je do sredine 20. stoljeća fizika elementarnih čestica bila grana nuklearne fizike. Trenutno su fizika elementarnih čestica i nuklearna fizika bliske, ali nezavisne grane fizike, ujedinjene zajedništvom mnogih problema koji se razmatraju i korištenim istraživačkim metodama. Glavni zadatak fizike elementarnih čestica je proučavanje prirode, svojstava i međusobnih transformacija elementarnih čestica.
Ideja da se svijet sastoji od osnovnih čestica ima dugu istoriju. Prvi put je ideju o postojanju najmanjih nevidljivih čestica koje sačinjavaju sve okolne objekte izrazio 400 godina prije nove ere grčki filozof Demokrit. On je te čestice nazvao atomima, odnosno nedjeljivim česticama. Nauka je počela koristiti pojam atoma tek početkom 19. stoljeća, kada je na toj osnovi bilo moguće objasniti brojne kemijske pojave. Tridesetih godina XIX stoljeća u teoriji elektrolize, koju je razvio M. Faraday, pojavio se koncept iona i provedeno je mjerenje elementarnog naboja. Kraj 19. stoljeća obilježen je otkrićem fenomena radioaktivnosti (A. Becquerel, 1896), kao i otkrićima elektrona (J. Thomson, 1897) i α-čestica (E. Rutherford, 1899). Godine 1905. fizika je razvila koncept kvantova elektromagnetskog polja - fotona (A. Einstein).
Godine 1911. otkriveno je atomsko jezgro (E. Rutherford) i konačno je dokazano da atomi imaju složenu strukturu. Rutherford je 1919. godine otkrio protone u proizvodima fisije atomskih jezgara brojnih elemenata. 1932. J. Chadwick je otkrio neutron. Postalo je jasno da jezgre atoma, poput samih atoma, imaju složenu strukturu. Nastala je protonsko-neutronska teorija strukture jezgri (D. D. Ivanenko i V. Heisenberg). Iste 1932. godine u kosmičkim zrakama otkriven je pozitron (K. Anderson). Pozitron je pozitivno nabijena čestica iste mase i istog (modulo) naboja kao elektron. Postojanje pozitrona predvidio je P. Dirac 1928. godine. Tokom ovih godina otkrivene su i istražene međusobne transformacije protona i neutrona, te je postalo jasno da te čestice također nisu nepromenljive elementarne "cigle" prirode. Godine 1937. u kosmičkim zrakama otkrivene su čestice mase 207 masa elektrona, nazvane muoni (μ-mezoni). Zatim, 1947-1950, otkriveni su pioni (tj. Π-mezoni), koji prema savremenim shvatanjima ostvaruju interakciju između nukleona u jezgri. U narednim godinama broj novootkrivenih čestica počeo je brzo rasti. To je olakšano proučavanjem kozmičkih zraka, razvojem tehnologije akceleratora i proučavanjem nuklearnih reakcija.
Trenutno je poznato oko 400 subnuklearnih čestica koje se obično nazivaju elementarnima. Velika većina ovih čestica je nestabilna. Jedini izuzeci su fotoni, elektroni, protoni i neutrini. Sve ostale čestice podliježu spontanim transformacijama u druge čestice u pravilnim intervalima. Nestabilne elementarne čestice međusobno se uvelike razlikuju u pogledu životnog vijeka. Najdugovječnija čestica je neutron. Životni vijek neutrona je oko 15 minuta. Druge čestice "žive" mnogo kraće vrijeme. Na primjer, prosječni životni vijek μ mezona je 2,2 · 10–6 s, a neutralnog π mezona 0,87 · 10–16 s. Mnoge masivne čestice - hiperoni - imaju prosječan vijek trajanja od 10-10 s.
Postoji nekoliko desetina čestica sa životnim vijekom većim od 10–17 s. Na skali mikrosvijeta, ovo je značajno vrijeme. Takve se čestice nazivaju relativno stabilne. Većina kratkotrajnih elementarnih čestica ima vijek trajanja od 10–22–10–23 s.
Sposobnost međusobne transformacije najvažnije je svojstvo svih elementarnih čestica. Elementarne čestice mogu se roditi i uništiti (emitirati i apsorbirati). Ovo se odnosi i na stabilne čestice s jedinom razlikom što se transformacije stabilnih čestica ne događaju spontano, već u interakciji s drugim česticama. Primjer je anihilacija (tj. Nestanak) elektrona i pozitrona, popraćena proizvodnjom visokoenergetskih fotona. Može se dogoditi i suprotan proces - stvaranje para elektron -pozitron, na primjer, kada se foton s dovoljno visokom energijom sudari s jezgrom. Proton također ima tako opasan dvojnik kao pozitron za elektron. Zove se antiproton. Električni naboj antiprotona je negativan. Trenutno su antičestice pronađene u svim česticama. Antičestice su suprotne česticama jer kada bilo koja čestica naiđe na svoju antičesticu, one se poništavaju, odnosno obje čestice nestaju pretvarajući se u kvante zračenja ili druge čestice.
Utvrđeno je da čak i neutron ima antičesticu. Neutron i antineutron razlikuju se samo po znakovima magnetskog momenta i takozvanom barionskom naboju. Moguće je postojanje atoma antimaterije, čija se jezgra sastoje od antinukleona i ljuske pozitrona. Tokom uništavanja antimaterije s materijom, energija mirovanja se pretvara u energiju kvantova zračenja. Ovo je ogromna energija, znatno superiornija od one koja se oslobađa tijekom nuklearnih i termonuklearnih reakcija.
U nizu do sada poznatih elementarnih čestica nalazi se više ili manje skladan klasifikacijski sistem. Tablica 9.9.1 predstavlja neke podatke o svojstvima elementarnih čestica sa vijekom trajanja većim od 10–20 s. Od mnogih svojstava koja karakteriziraju elementarnu česticu, samo masa čestica (u masama elektrona), električni naboj (u jedinicama elementarnog naboja) i kutni moment (takozvani spin) u jedinicama Planckove konstante ħ = h / 2π su navedene u tabeli. Tablica također prikazuje prosječni vijek trajanja čestice.
Grupa
Naziv čestice
Simbol
Misa (u elektronskim masama)
Električni naboj
Spin
Životni vijek (i)
Čestica
Antičestica
Fotoni
Photon
γ

Stabilan
Leptoni
Elektronski neutrino
νe

1 / 2
Stabilno
Muonski neutrino
νμ

1 / 2
Stabilno
Elektron
e–
e +

–1 1
1 / 2
Stabilan
Mu meson
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
Hadroni
Mezoni
Pi-mezoni
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
K-mezoni
K +
K -
966,4
1 –1

1,24∙10–8
K 0

≈ 10–10–10–8
Ovo je nulti mezon
η0

≈ 10–18
Baryons
Proton
str

1836,1
1 –1
1 / 2
Stabilan
Neutron
n

Lambda hiperon
Λ0

1 / 2
2,63∙10–10
Sigma hiperoni
Σ +

2327,6
1 –1
1 / 2
0,8∙10–10
Σ 0

1 / 2
7,4∙10–20
Σ –

2343,1
–1 1
1 / 2
1,48∙10–10
Xi-hiperoni
Ξ 0

1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –

2585,6
–1 1
1 / 2
1,64∙10–10
Omega minus hiperon
Ω–

–1 1
1 / 2
0,82∙10–11

Tablica 9.9.1.
Elementarne čestice grupirane su u tri grupe: fotoni, leptoni i hadroni.
Grupa fotona uključuje jednu česticu - foton, koji je nosilac elektromagnetske interakcije.
Sljedeću grupu čine lake čestice leptona. Ova grupa uključuje dvije vrste neutrina (elektron i muon), elektronski i μ-mezon. Leptoni takođe uključuju brojne čestice koje nisu navedene u tabeli. Svi leptoni imaju spin
Treću veliku grupu čine teške čestice koje se zovu hadroni. Ova grupa je podijeljena u dvije podgrupe. Lakše čestice čine podgrupu mezona. Najlakši od njih su pozitivno i negativno nabijeni, kao i neutralni π-mezoni mase oko 250 masa elektrona (Tablica 9.9.1). Božuri su kvanti nuklearnog polja, baš kao što su fotoni kvanti elektromagnetskog polja. Ova podgrupa također uključuje četiri K mezona i jedan η0 mezon. Svi mezoni imaju nulti spin.
Druga podgrupa, barioni, uključuje teže čestice. Najopsežniji je. Najlakši barioni su nukleoni - protoni i neutroni. Nakon njih slijede takozvani hiperoni. Zatvara tablicu omega-minus-hiperon, otkriven 1964. To je teška čestica mase 3273 mase elektrona. Svi barioni imaju spin
Obilje otkrivenih i novootkrivenih hadrona navelo je naučnike da vjeruju da su svi izgrađeni od nekih drugih fundamentalnijih čestica. Godine 1964. američki fizičar M. Gell -Mann iznio je hipotezu, potvrđenu naknadnim istraživanjem, da su sve teške fundamentalne čestice - hadroni - izgrađene od fundamentalnijih čestica zvanih kvarkovi. Na temelju hipoteze o kvarku nije samo shvaćena struktura već poznatih hadrona, već je predviđeno i postojanje novih. Gell-Mannova teorija pretpostavlja postojanje tri kvarka i tri antikvarka, koji se međusobno povezuju u različitim kombinacijama. Tako se svaki barion sastoji od tri kvarka, a antibarion se sastoji od tri antikvarka. Mezoni se sastoje od parova kvark - antikvark.
Usvajanjem hipoteze o kvarku bilo je moguće stvoriti skladan sistem elementarnih čestica. Međutim, pokazalo se da su predviđena svojstva ovih hipotetičkih čestica prilično neočekivana. Električni naboj kvarkova treba izraziti u razlomljenim brojevima jednakim elementarnom naboju.
Brojne potrage za kvarkovima u slobodnom stanju, provedene na akceleratorima velike energije i u kozmičkim zrakama, bile su neuspješne. Naučnici vjeruju da je jedan od razloga neprimjetnosti slobodnih kvarkova vjerovatno njihova vrlo velika masa. Time se sprječava proizvodnja kvarkova pri energijama koje se postižu suvremenim akceleratorima. Ipak, većina stručnjaka je sada uvjerena da kvarkovi postoje unutar teških čestica - hadrona.
Osnovne interakcije. Procesi u koje su uključene različite elementarne čestice uvelike se razlikuju po karakterističnim vremenima i energijama. Prema modernim konceptima, u prirodi postoje četiri vrste interakcija koje se ne mogu svesti na druge, jednostavnije vrste interakcija: jaka, elektromagnetska, slaba i gravitacijska. Ove vrste interakcija nazivaju se temeljnima.
Jake (ili nuklearne) interakcije su najintenzivnija od svih interakcija. Oni pružaju izuzetno jaku vezu između protona i neutrona u jezgrama atoma. Samo teške čestice - hadroni (mezoni i barioni) - mogu učestvovati u snažnoj interakciji. Jaka interakcija očituje se na udaljenostima reda 10–15 m ili manje, pa se naziva kratkim dometom.
Elektromagnetska interakcija. U ovoj vrsti interakcije mogu sudjelovati bilo koje električno nabijene čestice, kao i fotoni - kvanti elektromagnetskog polja. Elektromagnetska interakcija je odgovorna, posebno, za postojanje atoma i molekula. Određuje mnoga svojstva tvari u čvrstom, tekućem i plinovitom stanju. Kulonovo odbijanje protona dovodi do nestabilnosti jezgara s velikim masenim brojevima. Elektromagnetska interakcija određuje procese apsorpcije i emisije fotona pomoću atoma i molekula materije te mnoge druge procese fizike mikro i makrosvijeta.
Slaba interakcija je najsporija od svih interakcija u mikrosvijetu. U njemu mogu učestvovati sve elementarne čestice, osim fotona. Slaba interakcija je odgovorna za tok procesa koji uključuju neutrine ili antineutrine, na primjer, β-raspad neutrona

Kao i procesi raspada čestica bez neutrina sa dugim vijekom trajanja (τ ≥ 10–10 s).
Gravitacijska interakcija svojstvena je svim česticama bez iznimke, međutim, zbog malih masa elementarnih čestica, sile gravitacijske interakcije među njima su zanemarive, a njihova uloga u procesima mikrosvijeta je beznačajna. Gravitacijske sile igraju odlučujuću ulogu u interakciji svemirskih objekata (zvijezda, planeta itd.) S njihovim ogromnim masama.
Tridesetih godina XX vijeka pojavila se hipoteza da se u svijetu elementarnih čestica interakcije odvijaju razmjenom kvanti bilo kojeg polja. Ovu hipotezu su prvobitno iznijeli naši sunarodnici I. Ye. Tamm i D. D. Ivanenko. Pretpostavili su da fundamentalne interakcije proizlaze iz razmjene čestica, baš kao što kovalentna kemijska veza atoma proizlazi iz razmjene valentnih elektrona koji se kombiniraju na praznim elektronskim omotačima.
Interakcija koja se odvija razmjenom čestica dobila je u fizici naziv interakcija razmjene. Tako, na primjer, elektromagnetska interakcija između nabijenih čestica proizlazi iz razmjene fotona - kvantova elektromagnetskog polja.
Teorija razmjenske interakcije stekla je priznanje nakon što je japanski fizičar H. Yukawa 1935. teoretski pokazao da se snažna interakcija između nukleona u atomskim jezgrama može objasniti ako pretpostavimo da nukleoni izmjenjuju hipotetičke čestice zvane mezoni. Yukawa je izračunao masu ovih čestica, za koju se pokazalo da je približno jednaka 300 masa elektrona. Čestice s takvom masom naknadno su zapravo otkrivene. Ove čestice se nazivaju π-mezoni (pioni). Trenutno su poznate tri vrste piona: π +, π– i π0 (vidi tablicu 9.9.1).
Godine 1957. teoretski je predviđeno postojanje teških čestica, takozvanih vektorskih bozona W +, W– i Z0, koji određuju mehanizam razmjene slabe interakcije. Ove čestice su otkrivene 1983. godine u eksperimentima s akceleratorima s visokoenergetskim sudarljivim snopovima protona i antiprotona. Otkriće vektorskih bozona bilo je vrlo važno postignuće u fizici elementarnih čestica. Ovo otkriće označilo je uspjeh teorije koja je kombinirala elektromagnetske i slabe interakcije u jednu takozvanu elektroslabu interakciju. Ova nova teorija razmatra elektromagnetsko polje i polje slabe interakcije kao različite komponente istog polja, u kojima uz kvant elektromagnetskog polja učestvuju vektorski bozoni.
Nakon ovog otkrića u modernoj fizici, došlo je do značajnog povećanja povjerenja da su sve vrste interakcija usko povezane jedna s drugom i, u suštini, različite manifestacije određenog jedinstvenog polja. Međutim, objedinjavanje svih interakcija još uvijek je samo privlačna znanstvena hipoteza.
Teoretski fizičari ulažu značajne napore u pokušajima da na jedinstvenoj osnovi razmotre ne samo elektromagnetsku i slabu, već i snažnu interakciju. Ova teorija se naziva Veliko ujedinjenje. Naučnici sugerišu da gravitaciona interakcija mora imati svoj nosač - hipotetičku česticu zvanu graviton. Međutim, ova čestica još nije otkrivena.
Trenutno se smatra dokazanim da jedno polje koje objedinjuje sve vrste interakcija može postojati samo pri iznimno visokim energijama čestica, koje su nedostižne u modernim akceleratorima. Čestice su mogle imati tako velike energije samo u najranijim fazama postojanja Univerzuma, koje su nastale kao rezultat takozvanog Velikog praska. Kozmologija - nauka o evoluciji svemira - sugerira da se Veliki prasak dogodio prije 18 milijardi godina. U standardnom modelu evolucije Univerzuma, pretpostavlja se da bi u prvom periodu nakon eksplozije temperatura mogla doseći 1032 K, a energija čestica E = kT mogla bi doseći 1019 GeV. U tom razdoblju materija je postojala u obliku kvarkova i neutrina, dok su sve vrste interakcija bile kombinirane u jedno polje sile. Postepeno, kako se svemir širio, energija čestica se smanjivala, a iz jedinstvenog polja interakcija prvo se oslobađala gravitacijska interakcija (pri energijama čestica ≤ 1019 GeV), a zatim se jaka interakcija odvojila od elektroslabe ( pri energijama reda 1014 GeV). Pri energijama reda 103 GeV, sve četiri vrste fundamentalnih interakcija su odvojene. Paralelno s tim procesima došlo je do stvaranja složenijih oblika materije - nukleona, lakih jezgri, iona, atoma itd. Kosmologija u svom modelu pokušava pratiti evoluciju svemira u različitim fazama njegovog razvoja od Velikog praska do danas dana, oslanjajući se na zakone fizike elementarnih čestica, kao i nuklearne i atomske fizike.
































Nazad naprijed

Pažnja! Pregledi slajdova su samo u informativne svrhe i ne moraju predstavljati sve mogućnosti prezentacije. Ako ste zainteresirani za ovo djelo, preuzmite punu verziju.

Lekcija se održava u 11. razredu i predviđena je za 2 akademska sata i podijeljena je u nekoliko blokova:

  • karakteristike koje opisuju stanje elektrona u atomu;

Svaki od ovih blokova može se razmatrati pojedinačno i kolektivno. Tako se blok "Faze razvoja fizike elementarnih čestica" (slajdovi 1-5) može razmotriti u 9. razredu pri proučavanju relevantne teme na uvodnom nivou. Takođe u 9. razredu možete koristiti blok "Metode registracije elementarnih čestica" (slajdovi 29-31) pri organizaciji rada učenika sa udžbenikom. Blok "Vrste interakcija i njihova svojstva" (slajdovi 11-15) može se koristiti u prvim časovima 10. razreda.

Prije proučavanja teme u 11. razredu (sedmično), od učenika se traži da pripreme poruke u sljedećim oblastima:

  • faze razvoja fizike elementarnih čestica;
  • vrste interakcija i njihova svojstva;
  • metode registracije elementarnih čestica.

Oni su već ranije proučavali ove teme (9-10 razred), pa priprema ne oduzima puno vremena i obično ne postavlja pitanja. Tokom časa učenici zapisuju u radne bilježnice na osnovu poruka i slajdova prezentacije. Blok "Karakteristike koje opisuju stanje elektrona u atomima" smatra se predavanjem. Tokom predavanja studenti zapisuju samo nazive karakteristika.

Antikvarijat:

  1. Osnovni udžbenik fizike, ur. akad. G.S. Landsberg. Svezak 3. M .: "Nauka", 1975
  2. B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Kurs fizike. Svezak 3. M.: "Srednja škola", 1971
  3. B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Fizika: Za srednjoškolce i one koji ulaze na fakultete. M.: "Kopile", 2000
  4. Vaš tutor. Physics. Interaktivna predavanja. Disk 1. LLC "Multimedijske tehnologije i učenje na daljinu", 2003
  5. L. Ya. Borevsky Kurs fizike 21. veka. M.: "MediaHouse", 2003

Tema lekcije:"Elementarne čestice i njihova svojstva"

Svrha lekcije:

  • Obrazovni: steći studente koji su ovladali sljedećim znanjima:

    • u mikrosvijetu se razlikuju tri nivoa, koji se razlikuju po karakterističnim razmjerima i energijama (molekularno-atomski, nuklearni, nivo elementarnih čestica);
    • u prirodi postoji oko 400 različitih elementarnih čestica (zajedno s antičesticama);
    • postoje 4 vrste osnovnih interakcija (jaka, elektromagnetska, slaba, gravitaciona)
    • jaka interakcija karakteristična je za teške čestice; samo električno nabijene čestice izravno sudjeluju u elektromagnetskom polju; slaba interakcija karakteristična je za sve čestice, osim za fotone; gravitacijska interakcija svojstvena je svim tijelima Univerzuma, manifestirajući se u obliku sila univerzalne gravitacije;
    • fundamentalne interakcije razlikuju se po intenzitetu, rasponu djelovanja, karakterističnim vremenima, kao i po svojim inherentnim zakonima očuvanja;
    • sve elementarne čestice podijeljene su na leptone (fundamentalni) i hadrone (kompozitni);
    • hadroni se dijele na mezone i barione;
  • Developing: dobiti učenike koji su naučili sljedeće aktivnosti:
    • prepoznaju različite vrste temeljnih interakcija prema njihovim karakteristikama;
    • izvrši klasifikaciju elementarnih čestica;
    • zapisati reakcije transformacije elementarnih čestica, uzimajući u obzir zakone očuvanja;
    • opišu uređaj i princip rada uređaja za registraciju elementarnih čestica;
  • Obrazovni: uvjerite studente da:
    • sve elementarne čestice pretvaraju se jedna u drugu, a ove međusobne transformacije su glavna činjenica njihovog postojanja;
    • identifikacija zajedničkog (razmjenjivačkog) mehanizma svih fundamentalnih interakcija daje nadu u mogućnost izgradnje jedinstvene teorije koja objašnjava sliku svijeta;
    • sastavni dijelovi materije su: 6 vrsta kvarkova i 6 leptona, čija se interakcija odvija zbog razmjene odgovarajućih nosača interakcija (foton, 8 gluona, 3 među bozona i graviton)

Vrsta lekcije: kombinovano.

Oprema: medijski projektor, ekran, računar, tablica "Metode registracije čestica", tablica "Osnovne interakcije", brošure ( Prilog 1 , Dodatak 2 )

Plan lekcije:

I. Jačanje znanja

Uvodne napomene nastavnika o potrebi razumijevanja naučne slike svijeta.

II. Sticanje znanja

1) Poruka učenika "Faze razvoja fizike elementarnih čestica" (slajdovi 1-5)
2) Predavanje "Stanje elektrona u atomu" (slajdovi 6-10)
3) Poruka "Vrste interakcija" (slajdovi 11-15)
4) Predavanje "Karakteristike elementarnih čestica" (slajdovi 16-28)
5) Poruka učenika "Metode registracije elementarnih čestica" (slajdovi 29-31)

3) Objasnite mogućnost prikazanih reakcija u smislu zakona očuvanja naboja (reakcije se biraju prema nahođenju nastavnika). Koristi podatke tablice ( Prilog 1 )

4) Koristeći zakon očuvanja naboja, tablica 2 ( Prilog 1 ) i Prilog 2 , objasniti sastav kvarkova nekih hadrona (prema nahođenju učitelja)

IV. Kontrola znanja

Vježba 1.

Na osnovu predloženih svojstava odredite vrstu predstavljenih interakcija.

Vrsta interakcije Intenzitet Karakteristično vreme, s
1/137 ~10-20
~1 ~ 10-23
~ 10-38 ?
~ 10-10 ~

Zadatak 2.

Koju vrstu interakcije prenose:

  • Gluons
  • Srednji bozoni
  • Fotoni
  • Gravitons

Zadatak 3.

Koliki je raspon svake od interakcija?

V. Domaći zadatak

§§ 115, 116, sažetak poglavlja 14

Da bi se objasnila svojstva i ponašanje elementarnih čestica, moraju im biti dodijeljene, osim mase, električnog naboja i vrste, i niz dodatnih, karakterističnih veličina (kvantni brojevi), o kojima ćemo govoriti u nastavku.

Elementarne čestice se obično dijele na četiri razreda ... Osim ovih klasa, pretpostavlja se da postoji još jedna klasa čestica - gravitoni (kvanti gravitacionog polja). Eksperimentalno, ove čestice još nisu otkrivene.

Dajmo kratak opis četiri klase elementarnih čestica.

Samo jedna čestica pripada jednoj od njih - foton .

Fotoni (kvanti elektromagnetskog polja) učestvuju u elektromagnetnim interakcijama, ali nemaju jake i slabe interakcije.

Drugu klasu čine leptoni , treće - hadroni i na kraju četvrti - bozoni mjerača (tab. 2)

tabela 2

Elementarne čestice

Leptoni

Mjerilo

bozoni

Hadroni

n, str,

hiperoni

Baryonic

rezonancije

Mesonic

rezonancije

Leptoni (Grčki " leptos" - svjetlo) - čestice,uključeni u elektromagnetske i slabe interakcije... Tu spadaju čestice koje nemaju jake interakcije: elektroni (), mioni (), taoni (), kao i elektronski neutrini (), muonski neutrini () i tau neutrini (). Svi leptoni imaju spinove jednake 1/2, pa stoga i jesu fermions ... Svi leptoni imaju slabu interakciju. Oni od njih koji imaju električni naboj (tj. Mioni i elektroni) također imaju elektromagnetsku interakciju. Neutrini su uključeni samo u slabe interakcije.

Hadroni (Grčki " adros"- veliki, masivni) - čestice,učestvuju u jakim,elektromagnetske i slabe interakcije. Danas je poznato više od stotinu hadrona koji su podijeljeni na barioni i mezoni .

Baryons - hadroni,sastoji se od tri kvarka (qqq) i sa barionskim brojem B = 1.

Klasa bariona kombinuje nukleone ( str, n) i nestabilne čestice mase veće od mase nukleona, tzv hiperoni (). Svi hiperoni imaju snažnu interakciju, pa stoga aktivno stupaju u interakciju s atomskim jezgrama. Spin svih bariona je 1/2, pa su barioni fermions ... S izuzetkom protona, svi barioni su nestabilni. Kad se barion raspadne, zajedno s drugim česticama, nužno se formira barion. Ovaj obrazac je jedan od manifestacije zakona očuvanja barionskog naboja.

Mezoni - hadroni,koji se sastoji od kvarka i antikvarka () i sa barionskim brojem B = 0.

Mezoni su nestabilne čestice snažne interakcije koje ne nose takozvani barionski naboj. To uključuje -mezone ili pione (), K -mezone ili kaone ( ) i -mesoni. Mase i mezoni su isti i jednaki su 273,1, 264,1 životni vijek, odnosno s. Masa K-mezona je 970. Životni vijek K-mezona je reda s. Masa eta-mezona je 1074, životni vijek je reda s. Za razliku od leptona, mezoni imaju ne samo slabu (i ako su napunjenu, elektromagnetsku), već i jaku interakciju, koja se očituje u međusobnoj interakciji, kao i u interakciji između mezona i bariona. Spin svih mezona je nula, pa jesu bozoni.

Bozoni mjerača - čestice,interakcija između osnovnih fermiona(kvarkovi i leptoni). To su čestice W + , W – , Z 0 i osam vrsta gluona g. Ovo takođe uključuje foton γ.

Svojstva elementarnih čestica

Svaka čestica je opisana skupom fizičkih veličina - kvantnim brojevima koji određuju njena svojstva. Najčešće korištene karakteristike čestica su sljedeće.

Masa čestica , m... Mase čestica uvelike variraju od 0 (foton) do 90 GeV ( Z-bozon). Z-bozon je najteža poznata čestica. Međutim, mogu postojati teže čestice. Mase hadrona zavise od tipova njihovih kvarkova, kao i od njihovih spin stanja.

Doživotno , τ. Ovisno o vijeku trajanja, čestice se dijele prema stabilne čestice imaju relativno dug životni vijek, i nestabilno.

TO stabilne čestice uključuju čestice koje se raspadaju slabom ili elektromagnetskom interakcijom. Podjela čestica na stabilne i nestabilne je proizvoljna. Stoga stabilne čestice uključuju čestice kao što su elektron, proton, za koje raspad trenutno nije otkriven, i π 0 mezon, koji ima vijek trajanja τ = 0,8 × 10 - 16 s.

TO nestabilne čestice uključuju čestice koje se raspadaju kao rezultat jake interakcije. Obično se zovu rezonancije ... Karakteristični vijek trajanja rezonancija je 10 - 23 -10 - 24 s.

Spin J... Okretanje se mjeri u jedinicama ħ i može uzeti 0, polu-cijelu i cijelu vrijednost. Na primjer, spin π-, K-mezona je 0. Spin elektrona, miona je 1/2. Spin fotona je 1. Postoje čestice sa velikim spinom. Čestice s polucjelovitim spinom podliježu Fermi-Diracovoj statistici, s cjelobrojnim spinom-Bose-Einstein.

Električni naboj q... Električni naboj je cijeli broj višekratnik e= 1,6 × 10 - 19 C, naziva se elementarni električni naboj. Čestice mogu imati naboje 0, ± 1, ± 2.

Unutrašnji paritet R. Kvantni broj R karakterizira svojstvo simetrije valne funkcije s obzirom na prostorne refleksije. Kvantni broj R ima vrijednost +1, -1.

Uz karakteristike zajedničke svim česticama, one također koriste kvantni brojevi koji se dodjeljuju samo određenim grupama čestica.

Kvantni brojevi : barionski broj V, čudnost s, šarm (šarm) sa, ljepota (dno ili ljepota) b, gornji (topness) t, izotopski spin I pripisuju se samo česticama sa snažnom interakcijom - hadroni.

Leptonovi brojevi L e, L μ , Lτ. Leptonski brojevi dodjeljuju se česticama koje čine grupu leptona. Leptoni e, μ i τ učestvuju samo u elektromagnetnim i slabim interakcijama. Leptoni ν e, n μ i n τ učestvuju samo u slabim interakcijama. Brojevi Leptona su važni L e, L μ , Lτ = 0, +1, -1. Na primjer, e -, neutrino elektrona n e imati L e= + l; imati L e= - l. Svi hadroni imaju .

Barionov broj V... Barionski broj je bitan V= 0, +1, -1. Barioni, na primjer, n, R, Λ, Σ, nukleonske rezonancije imaju barionski broj V= +1. Mezoni, mezonske rezonancije imaju V= 0, antibarijoni imaju V = -1.

Čudnost s... Kvantni broj s može poprimiti vrijednosti -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 i određen je kvarkovnim sastavom hadrona. Na primjer, hiperoni Λ, Σ imaju s= -l; K + - , K- - mezoni imaju s= + l.

Šarm sa... Kvantni broj sa sa= 0, +1 i -1. Na primjer, barion Λ + ima sa = +1.

Dno b... Kvantni broj b može uzeti vrijednosti -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Trenutno su otkrivene čestice koje jesu b= 0, +1, -1. Na primjer, V+ -meson ima b = +1.

Topness t... Kvantni broj t može uzeti vrijednosti -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Trenutno je otkriveno samo jedno stanje t = +1.

Isospin I... Čestice sa snažnom interakcijom mogu se podijeliti u grupe čestica sa sličnim svojstvima (iste vrijednosti spina, pariteta, barionskog broja, čudnosti i drugih kvantnih brojeva koji su sačuvani u jakim interakcijama) - izotopski multipleti... Isospin I određuje broj čestica uključenih u jedan izotopski multiplet, n i Rčini izotopski dublet I= 1/2; Σ +, Σ -, Σ 0, dio su izotopski triplet I= 1, Λ - izotopski singlet I= 0, broj čestica uključenih u jednu izotopski multiplet, 2I + 1.

G - paritet je kvantni broj koji odgovara simetriji s obzirom na simultanu operaciju konjugacije naboja sa i promjenu predznaka treće komponente I isospin. G- paritet je sačuvan samo u jakim interakcijama.

Svijet elementarnih čestica

Lekcija u 11. razredu

Svrha lekcije:

Obrazovni:

Upoznati studente sa strukturom elementarnih čestica, sa posebnostima sila i interakcija unutar jezgra; naučiti generalizirati i analizirati stečeno znanje, ispravno izraziti svoje misli; promovirati razvoj mišljenja, sposobnost strukturiranja informacija; njegovati emocionalno-vrijednosni odnos prema svijetu

U razvoju:

Nastaviti razvoj mišljenja, sposobnosti analize, usporedbe, donošenja logičkih zaključaka.

Razvijati znatiželju, sposobnost primjene znanja i iskustva u različitim situacijama.

Obrazovni:

Razvoj intelektualnih vještina timskog rada; obrazovanje temelja moralne samosvijesti (misao: odgovornost naučnika, otkrivača za plodove svojih otkrića);

Probuditi interes učenika za naučno -popularnu literaturu, za proučavanje preduvjeta za otkrivanje specifičnih pojava.

Svrha lekcije:

Stvoriti uslove za razvoj intelektualnih i komunikativnih kompetencija u kojima će student moći:

Navedite glavne vrste elementarnih čestica;

Razumeti dvosmislenost modernog standardnog modela sveta;

Formulirajte svoje ideje o istoriji razvoja elementarnih čestica;

Analizirati ulogu razvoja elementarne fizike;

Klasifikovati elementarne čestice prema njihovom sastavu;

Razmislite o potrebi da imate svoj stav, tolerirajte drugačije gledište;

Pokažite komunikaciju bez sukoba dok radite u grupi.

Vrsta lekcije: učenje novog gradiva.

Obrazac lekcije: kombinovana lekcija.

Metode pouke: verbalno, vizuelno, praktično.

Oprema: računarska prezentacija, multimedijalni projektor, radna bilježnica učenika, lični računar.

Koraci lekcije

Vrijeme, min.

Metode i tehnike

1. Uvod u organizaciju. Izjava o obrazovnom problemu.

Snimanje teme lekcije. Priča učitelja.

2. Ažuriranje znanja (prezentacija učenika)

Priča učenika o postojećem znanju, preduslovima za učenje novih stvari.

3. Učenje novog materijala (prezentacija nastavnika)

Priča učitelja pomoću slajdova. Promatranje. Razgovor. Pričanje priča učenika pomoću slajdova.

4. Razvoj proučenog materijala. Sidrenje.

Konsolidacija referentnim napomenama i

rad sa udžbenikom. Odgovori na sigurnosna pitanja.

5. Sumiranje. Zadaća

Raspodjela glavnog nastavnika, učenika.

Tokom nastave

    Organizacijski trenutak lekcije(pozdrav, provjera spremnosti učenika za čas)

Danas ćemo u lekciji razmotriti različite poglede na strukturu svijeta, od kojih se sastoji sve što nas okružuje. Lekcija će biti poput predavanja, a većina pažnje je potrebna od vas.

Na početku lekcije želim vam skrenuti pažnju na povijest nastanka doktrine čestica.

2. Aktualizacija znanja. (Prezentacija V. Aleksakhine "Istorija razvoja znanja o česticama")

Slajd 2. Antički atomizam- ovo je ideja o strukturi svijeta od strane antičkih naučnika. Prema Demokritovim zamislima, atomi su bili vječni, nepromjenjivi, nedjeljivi, čestice različitog oblika i veličine, koje su, povezujući se i razdvajajući, formirale različita tijela.

Slajd 3. Zahvaljujući otkriću naučnika Diraca, Galilea i Newtona principa relativnosti, zakona dinamike, zakona očuvanja, zakona univerzalne gravitacije, u 17. stoljeću atomizam starih pretrpio je značajne promjene i čvrsto se uspostavio u nauci mehanička slika svijeta, koja se temeljila na gravitacijskoj interakciji - podliježu joj sva tijela i čestice, bez obzira na naboj.

Slajd 4. Znanje akumulirano u proučavanju električnih, magnetskih i optičkih pojava dovelo je do potrebe da se dopuni i razvije slika svijeta. Tako je u 19. i do početka 20. stoljeća počeo dominirati elektrodinamička slika svijeta... Već je razmatrao dvije vrste interakcija - gravitacijsku i elektromagnetsku. Ali nisu uspjeli objasniti samo toplinsko zračenje, stabilnost atoma, radioaktivnost, fotoelektrični efekt, linijski spektar.

Slajd 5. Početkom 20. stoljeća pojavila se ideja kvantiziranja energije, koju su podržali Planck, Einstein, Bohr, Stoletov, kao i dualizam čestica-talasa Louisa de Brogliea. Ova otkrića označila su nastanak kvantna slika svijeta, u kojoj je dodana i snažna interakcija. Započeo je aktivan razvoj fizike elementarnih čestica.

3. Učenje novog materijala

Sve do tridesetih godina 20. stoljeća, struktura svijeta bila je predstavljena naučnicima u najjednostavnijem obliku. Vjerovali su da je "potpuni skup" čestica koje sačinjavaju svu materiju proton, neutron i elektron. Stoga su ih nazvali elementarnima. Ove čestice takođe uključuju foton - nosač elektromagnetnih interakcija.

Slajd 6.Moderni standardni model svijeta:

Materija se sastoji od kvarkova, leptona i čestica - nosilaca interakcije.

Za sve elementarne čestice postoji vjerojatnost otkrivanja antičestica.

Talasno-tjelesni dualizam. Principi nesigurnosti i kvantizacije.

Jake, elektromagnetske i slabe interakcije opisane su teorijama velikog ujedinjenja. Ono što ostaje je neograničena gravitacija.

Slajd 7. Jezgro atoma sastoji se od hadrona, koji se sastoje od kvarkova. Hadroni su čestice uključene u jake interakcije.

Klasifikacija hadrona: Mezoni se sastoje od jednog kvarka i jednog antikvarka Barioni se sastoje od tri kvarka - nukleona (protona i neutrona) i

hiperoni.

Slajd 8. Kvarkovi su temeljne čestice koje čine hadrone. Trenutno postoji 6 različitih vrsta kvarkova (češće kažu - okusi). Kvarkovi imaju jake interakcije, učestvuju u jakim, slabim i elektromagnetnim. Razmjenjuju gluone, čestice nulte mase i nultog naboja. Za sve kvarkove postoje antikvarkovi . Ne mogu se slobodno posmatrati. Imaju frakcijski električni naboj: + 2 / 3e -zvani U -kvarkovi (gore) i -1 / 3e -d -kvark (dolje).

Sastav kvarka elektrona - uud, sastav kvarka protona - udd

Slajd 9.Čestice koje nisu dio jezgre su leptoni. Leptoni su osnovne čestice koje ne sudjeluju u jakim interakcijama. Danas postoji 6 poznatih leptona i 6 njihovih antičestica.

Sve čestice imaju antičestice. Leptoni i njihove antičestice: elektron i pozitron s njima, neutrino elektrona i antineutrino. Muon i anti-muon sa njima muon neutrino i antineutrino. Taon i antitaon - taonski neutrino i antineutrino.

Slajd 10. Sve interakcije u prirodi manifestacije su četiri tipa fundamentalne interakcije između osnovnih čestica - leptona i kvarkova.

Snažna interakcija kvarkovi su pogođeni, a gluoni su njegovi prijenosnici. Veže ih zajedno u protone, neutrone i druge čestice. Posredno utječe na vezivanje protona u atomskim jezgrama.

Elektromagnetska interakcija naelektrisane čestice su pogođene. U tom slučaju, pod utjecajem elektromagnetskih sila, same čestice se ne mijenjaju, već samo dobivaju svojstvo odbijanja u slučaju sličnih naboja.

Slaba interakcija kvarkovi i leptoni su pogođeni. Najpoznatiji učinak slabe interakcije je transformacija donjeg kvarka u uzlazni kvark, što zauzvrat uzrokuje raspadanje neutrona u proton, elektron i antineutrino.

Jedan od najvažnijih tipova slabe interakcije je Higsova interakcija... Prema pretpostavkama, Higsovo polje (siva pozadina) ispunjava cijeli prostor tekućine, ograničavajući raspon slabih interakcija. Također, Higsov bozon stupa u interakciju s kvarkovima i leptonima, osiguravajući postojanje njihove mase.

Gravitaciona interakcija. To je najslabije poznato. Uključuje sve, bez izuzetka, čestice i nosioce svih vrsta interakcija. Izvodi se zahvaljujući razmjeni gravitona - jedinih čestica koje još nisu eksperimentalno otkrivene. Gravitacijska interakcija uvijek je privlačnost.

Slajd 11. Mnogi se fizičari nadaju da će, baš kao što je bilo moguće kombinirati elektromagnetske i slabe interakcije u elektroslabu, s vremenom biti moguće izgraditi teoriju koja objedinjuje sve poznate vrste interakcija, čije je ime "Veliko ujedinjenje".

4 . Konsolidacija znanja.

Primarno sidrenje(Izlaganje J. Gordienka "Veliki hadronski sudarač". Savremeni naučnici pokušavaju poboljšati proces proučavanja čestica kako bi došli do novih otkrića za naučni i tehnološki napredak. Za to se grade grandiozni istraživački centri i akceleratori. Jedan od takvih grandiozna struktura je Veliki hadronski sudarač.

Konačna konsolidacija(grupni rad: odgovori na pitanja iz udžbenika)

Podijeljeni ste u dvije grupe: red 1 i red 2. Imate zadatak na listovima: morate odgovoriti na pitanja, a odgovore ćete pronaći u udžbeniku u paragrafu 28 (str. 196 - 198).

Zadaci prve grupe:

    Koliko ima osnovnih čestica? (48)

    Sastav kvarka elektrona? (uud)

    Navedite dvije najjače interakcije (jaku i elektromagnetsku)

    Ukupan broj gluona? (osam)

Zadaci druge grupe:

    Koliko čestica ima u srcu svemira? (61)

    Sastav kvarka protona? (udd)

    Navedite dvije najslabije interakcije (slaba i gravitaciona)

    Koje čestice vrše elektromagnetsku interakciju? (foton)

Glasovi vođa grupa odgovorili su na pitanja i razmijenili kartice.

    Sažetak lekcije.

Upoznali ste se s nekim aspektima razvoja moderne fizike i sada imate elementarne ideje o smjeru u kojem se naša nauka razvija i zašto nam je to potrebno.

6. Domaći zadatak. Tačka 28.

Zadaci prve grupe:

1. Koliko ukupno fundamentalnih čestica postoji? ______________

2. Sastav kvarka elektrona? ____________

3. Navedite dvije najjače interakcije ______

4. Ukupan broj gluona? _______

___________________________________________________________________

Zadaci druge grupe:

1. Koliko čestica ima srce svemira? ________

2. Sastav kvarka protona? ___________

___________________________________________________________________

Zadaci prve grupe:

1. Koliko ukupno osnovnih čestica postoji? __________

2. Sastav kvarka elektrona? __________

3. Navedite dvije najjače interakcije __________________________________________________________________________

4. Ukupan broj gluona? _________

___________________________________________________________________

Zadaci druge grupe:

1. Koliko čestica ima u srcu svemira? ____________

2. Sastav kvarka protona? _____________

3. Navedite dvije najslabije interakcije ______________________

4. Koje čestice vrše elektromagnetsku interakciju? ______

___________________________________________________________________

Zadaci prve grupe:

1. Koliko ukupno osnovnih čestica postoji? _____________

2. Sastav kvarka elektrona? ______________

3. Navedite dvije najjače interakcije ________________________________________________________________________

4. Ukupan broj gluona? _____

___________________________________________________________________

Zadaci druge grupe:

1. Koliko čestica ima u srcu svemira? ______

2. Sastav kvarka protona? _________

3. Navedite dvije najslabije interakcije _______________________

4. Koje čestice vrše elektromagnetsku interakciju? _______

Učitavanje ...Učitavanje ...