Partikel dasar dan ringkasan medannya. Fisika partikel elementer. Fisika atom dan nuklir

Kelas: 11

Kelas: 11

Jenis pelajaran: pelajaran dalam studi dan konsolidasi utama pengetahuan baru

Metode mengajar: kuliah

Bentuk kegiatan mahasiswa: frontal, kolektif, individu

Tujuan pelajaran: memperluas pemahaman siswa tentang struktur materi; pertimbangkan tahapan utama dalam pengembangan fisika partikel elementer; untuk memberikan gambaran tentang partikel dasar dan sifat-sifatnya.

Tujuan Pelajaran:

  • pendidikan: untuk mengenalkan siswa dengan konsep - partikel dasar, dengan tipologi partikel dasar, serta dengan metode untuk mempelajari sifat-sifat partikel dasar;
  • Mengembangkan: mengembangkan minat kognitif siswa, memastikan keterlibatan mereka yang layak dalam aktivitas kognitif aktif;
  • pendidikan: pendidikan kualitas manusia universal - kesadaran akan persepsi pencapaian ilmiah di dunia; pengembangan rasa ingin tahu, daya tahan.

Peralatan untuk pelajaran:

Materi didaktik: materi buku teks, kartu ujian, dan tabel

Alat Bantu Visual: Presentasi

1. Organisasi awal pelajaran.

Aktivitas guru: saling menyapa guru dan siswa, memperbaiki siswa, memeriksa kesiapan siswa untuk pelajaran. Organisasi perhatian dan inklusi siswa dalam ritme bisnis kerja.

organisasi perhatian dan inklusi dalam ritme bisnis kerja.

2. Persiapan untuk tahap utama pelajaran.

Aktivitas guru: hari ini kita akan mulai mempelajari bagian baru "Fisika kuantum" - "Partikel dasar". Dalam bab ini, kita akan berbicara tentang partikel primer yang tidak dapat diuraikan lebih lanjut, yang merupakan penyusun semua materi, tentang partikel elementer.

Fisikawan menemukan keberadaan partikel elementer dalam studi proses nuklir, oleh karena itu, hingga pertengahan abad ke-20, fisika partikel elementer adalah cabang dari fisika nuklir. Saat ini, fisika partikel elementer dan fisika nuklir sudah dekat, tetapi cabang fisika independen, disatukan oleh kesamaan dari banyak masalah yang sedang dipertimbangkan dan metode penelitian yang digunakan.

Tugas utama fisika partikel elementer adalah mempelajari sifat, sifat, dan transformasi timbal balik dari partikel elementer.

Ini juga akan menjadi tugas utama kita dalam mempelajari fisika partikel elementer.

3. Asimilasi pengetahuan baru dan metode tindakan.

Aktivitas guru: Topik pelajaran: "Tahapan pengembangan fisika partikel dasar." Dalam pelajaran, kita akan mempertimbangkan pertanyaan-pertanyaan berikut:

  • Sejarah perkembangan gagasan bahwa dunia terdiri dari partikel elementer
  • Apa itu partikel elementer?
  • Bagaimana partikel elementer yang terpisah dapat diperoleh dan apakah mungkin?
  • Tipologi partikel.

Gagasan bahwa dunia terdiri dari partikel fundamental memiliki sejarah panjang. Saat ini, ada tiga tahap dalam perkembangan fisika partikel elementer.

Mari kita buka tutorialnya. Mari berkenalan dengan nama-nama tahapan dan kerangka waktunya.

Aktivitas siswa yang diprediksi:

Tahap 1. Dari elektron ke positron: 1897 - 1932

Tahap 2. Dari positron ke quark: 1932 - 1964

Tahap 3. Dari hipotesis quark (1964) hingga saat ini.

Aktivitas guru:

Tahap 1.

Dasar, yaitu yang paling sederhana, tidak dapat dibagi lagi, beginilah cara ilmuwan Yunani kuno yang terkenal, Democritus, membayangkan atom. Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa kata "atom" dalam terjemahan berarti "tidak dapat dibagi". Untuk pertama kalinya, gagasan tentang keberadaan partikel terkecil dan tak terlihat yang membentuk semua benda di sekitarnya diungkapkan oleh Democritus 400 tahun sebelum zaman kita. Ilmu pengetahuan mulai menggunakan konsep atom hanya pada awal abad ke-19, ketika atas dasar ini dimungkinkan untuk menjelaskan sejumlah fenomena kimia. Dan pada akhir abad ini, struktur atom yang kompleks ditemukan. Pada tahun 1911, inti atom ditemukan (E. Rutherford) dan akhirnya terbukti bahwa atom memiliki struktur yang kompleks.

Mari kita ingat teman-teman: partikel apa yang termasuk dalam atom dan secara singkat mencirikannya?

Aktivitas siswa yang diprediksi:

Aktivitas guru: teman-teman, mungkin ada yang ingat dari Anda: oleh siapa dan pada tahun berapa elektron, proton, dan neutron ditemukan?

Aktivitas siswa yang diprediksi:

Elektron. Pada tahun 1898 J. Thomson membuktikan realitas keberadaan elektron. Pada tahun 1909 R. Millikan pertama kali mengukur muatan elektron.

Proton. Pada tahun 1919, E. Rutherford, ketika membombardir nitrogen dengan partikel, menemukan sebuah partikel, yang muatannya sama dengan muatan elektron, dan massanya 1836 kali lebih besar dari massa elektron. Partikel itu bernama proton.

neutron. Rutherford juga menyarankan keberadaan partikel tanpa muatan, yang massanya sama dengan massa proton.

Pada tahun 1932, D. Chadwick menemukan partikel yang diusulkan Rutherford dan menamakannya neutron.

Aktivitas guru: setelah penemuan proton dan neutron, menjadi jelas bahwa inti atom, seperti atom itu sendiri, memiliki struktur yang kompleks. Teori proton-neutron tentang struktur inti muncul (D. D. Ivanenko dan V. Heisenberg).

Pada 30-an abad XIX dalam teori elektrolisis, yang dikembangkan oleh M. Faraday, konsep -ion muncul dan pengukuran muatan dasar dilakukan. Akhir abad XIX - selain penemuan elektron, ditandai dengan penemuan fenomena radioaktivitas (A. Becquerel, 1896). Pada tahun 1905, gagasan kuanta medan elektromagnetik - foton - muncul dalam fisika (A. Einstein).

Mari kita ingat: apa yang disebut foton?

Aktivitas siswa yang diprediksi: foton(atau kuantum radiasi elektromagnetik) - partikel cahaya dasar, netral secara elektrik, tanpa massa diam, tetapi memiliki energi dan momentum.

Aktivitas guru: partikel terbuka dianggap sebagai entitas awal yang tidak dapat dibagi dan tidak berubah, blok bangunan utama alam semesta. Namun, pendapat ini tidak bertahan lama.

Tahap 2.

Pada tahun 30-an, transformasi timbal balik dari proton dan neutron ditemukan dan diselidiki, dan menjadi jelas bahwa partikel-partikel ini juga bukan "blok bangunan" dasar alam yang tidak berubah.

Saat ini, sekitar 400 partikel subnuklear diketahui (partikel yang terdiri dari atom, yang biasanya disebut elementer). Sebagian besar partikel ini tidak stabil (partikel dasar berubah menjadi satu sama lain).

Satu-satunya pengecualian adalah foton, elektron, proton dan neutrino.

Foton, elektron, proton, dan neutrino adalah partikel stabil (partikel yang dapat berada dalam keadaan bebas untuk waktu yang tidak terbatas), tetapi masing-masing, ketika berinteraksi dengan partikel lain, dapat berubah menjadi partikel lain.

Semua partikel lain secara berkala mengalami transformasi spontan menjadi partikel lain, dan ini adalah fakta utama keberadaan mereka.

Saya menyebutkan satu partikel lagi - neutrino. Apa karakteristik utama dari partikel ini? Oleh siapa dan kapan dibuka?

Aktivitas siswa yang diprediksi: Neutrino adalah partikel tanpa muatan listrik dan massa diamnya sama dengan 0. Keberadaan partikel ini diprediksi pada tahun 1931 oleh V. Pauli, dan pada tahun 1955, partikel tersebut didaftarkan secara eksperimental. Ini memanifestasikan dirinya sebagai akibat dari peluruhan neutron:

Aktivitas guru: partikel elementer yang tidak stabil sangat berbeda satu sama lain dalam hal masa hidup.

Partikel yang berumur paling panjang adalah neutron. Masa pakai neutron adalah sekitar 15 menit.

Partikel lain "hidup" untuk waktu yang jauh lebih singkat.

Ada beberapa puluh partikel dengan masa hidup melebihi 10 -17 detik. Pada skala dunia mikro, ini adalah waktu yang signifikan. Partikel seperti ini disebut relatif stabil .

Mayoritas berumur pendek partikel elementer memiliki masa hidup urutan 10 -22 -10 -23 s.

Kemampuan untuk saling bertransformasi adalah sifat terpenting dari semua partikel elementer.

Partikel dasar mampu dilahirkan dan dihancurkan (dipancarkan dan diserap). Ini juga berlaku untuk partikel stabil dengan satu-satunya perbedaan bahwa transformasi partikel stabil tidak terjadi secara spontan, tetapi ketika berinteraksi dengan partikel lain.

Contohnya adalah penghancuran (yaitu. hilangnya) elektron dan positron, disertai dengan produksi foton berenergi tinggi.

Positron adalah (antipartikel elektron) partikel bermuatan positif yang memiliki massa yang sama dan muatan (modulo) yang sama dengan elektron. Kami akan berbicara tentang karakteristiknya secara lebih rinci dalam pelajaran berikutnya. Anggap saja keberadaan positron diprediksi oleh P. Dirac pada tahun 1928, dan ditemukan pada tahun 1932 dalam sinar kosmik oleh K. Anderson.

Pada tahun 1937, partikel dengan massa 207 massa elektron ditemukan dalam sinar kosmik, yang disebut muon (-meson). Masa hidup rata-rata meson adalah 2,2 * 10 -6 s.

Kemudian pada tahun 1947-1950-an dibuka peony (yaitu. -meson). Masa hidup rata-rata dari -meson netral adalah 0,87 · 10 -16 s.

Pada tahun-tahun berikutnya, jumlah partikel yang baru ditemukan mulai berkembang pesat. Ini difasilitasi oleh studi tentang sinar kosmik, pengembangan teknologi akselerator, dan studi tentang reaksi nuklir.

Akselerator modern diperlukan untuk menerapkan proses penciptaan partikel baru dan mempelajari sifat-sifat partikel elementer. Partikel awal dipercepat dalam akselerator ke energi tinggi "pada jalur tabrakan" dan saling bertabrakan di tempat tertentu. Jika energi partikel tinggi, maka dalam proses tumbukan banyak partikel baru yang lahir, biasanya tidak stabil. Partikel-partikel ini, yang menyebar dari titik tumbukan, meluruh menjadi partikel yang lebih stabil, yang dicatat oleh detektor. Untuk setiap tindakan tumbukan seperti itu (fisikawan mengatakan: untuk setiap peristiwa) - dan mereka dicatat dalam ribuan per detik! Akibatnya, para peneliti menentukan variabel kinematik: nilai impuls dan energi partikel "tertangkap", serta lintasannya (lihat gambar di buku teks). Setelah mengumpulkan banyak peristiwa dari jenis yang sama dan mempelajari distribusi besaran kinematik ini, fisikawan merekonstruksi bagaimana interaksi berlangsung dan jenis partikel apa yang dapat dikaitkan dengan partikel yang dihasilkan.

Tahap 3.

Partikel dasar dikelompokkan menjadi tiga kelompok: foton , lepton dan hadron (Lampiran 2).

Kawan, beri tahu saya partikel yang termasuk dalam kelompok foton.

Aktivitas siswa yang diprediksi: Ke grup foton hanya ada satu partikel - foton

Aktivitas guru: kelompok berikutnya terdiri dari partikel cahaya lepton.

Aktivitas siswa yang diprediksi: kelompok ini mencakup dua jenis neutrino (elektron dan muon), elektron dan? -meson

Aktivitas guru: lepton juga mencakup sejumlah partikel yang tidak tercantum dalam tabel.

Kelompok besar ketiga terdiri dari partikel berat yang disebut hadron... Kelompok ini dibagi menjadi dua subkelompok. Partikel yang lebih ringan membentuk subkelompok meson .

Aktivitas siswa yang diprediksi: yang paling ringan di antaranya bermuatan positif dan negatif, serta meson netral. Peony adalah kuanta medan nuklir.

Aktivitas guru: subgrup kedua - baryon - termasuk partikel yang lebih berat. Ini adalah yang paling luas.

Aktivitas siswa yang diprediksi: baryon yang paling ringan adalah nukleon - proton dan neutron.

Aktivitas guru: mereka diikuti oleh apa yang disebut hiperon. Menutup meja adalah omega-minus-hiperon, ditemukan pada tahun 1964.

Banyaknya hadron yang ditemukan dan yang baru ditemukan membawa para ilmuwan pada gagasan bahwa mereka semua dibangun dari beberapa partikel lain yang lebih mendasar.

Pada tahun 1964, fisikawan Amerika M. Gell-Mann mengajukan hipotesis, dikonfirmasi oleh penelitian selanjutnya, bahwa semua partikel dasar yang berat - hadron - dibangun dari partikel yang lebih mendasar yang disebut quark.

Dari sudut pandang struktural, partikel elementer yang membentuk inti atom (nukleon), dan secara umum semua partikel berat - hadron (baryon dan meson) - terdiri dari partikel yang lebih sederhana, yang biasanya disebut fundamental. Dalam peran ini, elemen utama materi yang benar-benar mendasar adalah quark, yang muatan listriknya +2/3 atau -1/3 dari muatan positif satuan proton.

Quark yang paling umum dan paling ringan disebut quark atas dan bawah dan masing-masing menunjukkan u (dari bahasa Inggris ke atas) dan d (bawah). Kadang-kadang mereka juga disebut quark proton dan neutron karena fakta bahwa proton terdiri dari kombinasi uud, dan neutron adalah udd. Quark up memiliki muatan +2/3; bawah - muatan negatif -1/3. Karena proton terdiri dari dua quark naik dan satu turun, dan neutron terdiri dari satu quark naik dan dua turun, Anda dapat memverifikasi secara independen bahwa muatan total proton dan neutron ternyata benar-benar sama dengan 1 dan 0.

Dua pasang quark lainnya adalah bagian dari partikel yang lebih eksotis. Quark dari pasangan kedua disebut terpesona - c (dari terpesona) dan aneh - s (dari aneh).

Pasangan ketiga terdiri dari quark sejati - t (dari kebenaran, atau dalam tradisi Inggris atas) dan indah - b (dari keindahan, atau dalam tradisi Inggris bawah).

Hampir semua partikel yang terdiri dari berbagai kombinasi quark telah ditemukan secara eksperimental

Dengan adopsi hipotesis quark, dimungkinkan untuk menciptakan sistem partikel elementer yang harmonis. Banyak pencarian quark dalam keadaan bebas, yang dilakukan pada akselerator berenergi tinggi dan dalam sinar kosmik, tidak berhasil. Para ilmuwan percaya bahwa salah satu alasan quark bebas tidak dapat diamati adalah, mungkin, karena massanya yang sangat besar. Ini mencegah produksi quark pada energi yang dicapai dengan akselerator modern.

Namun, pada bulan Desember 2006, sebuah pesan aneh tentang penemuan "kuark top bebas" masuk ke feed kantor berita ilmiah dan media.

4. Pemeriksaan awal pemahaman.

Aktivitas guru: jadi teman-teman, kami membahasnya dengan Anda:

  • tahap utama dalam pengembangan fisika partikel dasar
  • menemukan partikel mana yang disebut elementer
  • berkenalan dengan tipologi partikel.

Dalam pelajaran berikutnya kita akan melihat:

  • klasifikasi partikel elementer yang lebih rinci
  • jenis interaksi partikel elementer
  • antipartikel.

Dan sekarang saya sarankan Anda melakukan tes untuk menghidupkan kembali dalam ingatan Anda poin-poin utama dari materi yang telah kita pelajari (Lampiran 3).

5. Menyimpulkan hasil pelajaran.

Aktivitas guru: Menilai siswa yang paling aktif.

6. Pekerjaan rumah

Aktivitas guru:

1. halaman 115, gedung 347

2. ringkasan paragraf sesuai dengan rencana yang dicatat dalam pelajaran.

Fisikawan menemukan keberadaan partikel elementer dalam studi proses nuklir, oleh karena itu, hingga pertengahan abad ke-20, fisika partikel elementer adalah cabang dari fisika nuklir. Saat ini, fisika partikel dasar dan fisika nuklir sudah dekat, tetapi cabang fisika independen, disatukan oleh kesamaan dari banyak masalah yang sedang dipertimbangkan dan metode penelitian yang digunakan. Tugas utama fisika partikel elementer adalah mempelajari sifat, sifat, dan transformasi timbal balik dari partikel elementer.
Gagasan bahwa dunia terdiri dari partikel fundamental memiliki sejarah panjang. Untuk pertama kalinya, gagasan tentang keberadaan partikel tak terlihat terkecil yang membentuk semua benda di sekitarnya diungkapkan 400 tahun SM oleh filsuf Yunani Democritus. Dia menyebut partikel-partikel ini atom, yaitu partikel yang tidak dapat dibagi lagi. Ilmu pengetahuan mulai menggunakan konsep atom hanya pada awal abad ke-19, ketika atas dasar ini dimungkinkan untuk menjelaskan sejumlah fenomena kimia. Pada 30-an abad XIX dalam teori elektrolisis, yang dikembangkan oleh M. Faraday, konsep ion muncul dan pengukuran muatan dasar dilakukan. Akhir abad ke-19 ditandai dengan ditemukannya fenomena radioaktivitas (A. Becquerel, 1896), serta penemuan elektron (J. Thomson, 1897) dan partikel (E. Rutherford, 1899). Pada tahun 1905, fisika mengembangkan konsep kuanta medan elektromagnetik - foton (A. Einstein).
Pada tahun 1911, inti atom ditemukan (E. Rutherford) dan akhirnya terbukti bahwa atom memiliki struktur yang kompleks. Pada tahun 1919, Rutherford menemukan proton dalam produk fisi inti atom sejumlah unsur. Pada tahun 1932, J. Chadwick menemukan neutron. Menjadi jelas bahwa inti atom, seperti atom itu sendiri, memiliki struktur yang kompleks. Teori proton-neutron tentang struktur inti muncul (D. D. Ivanenko dan V. Heisenberg). Pada tahun 1932 yang sama, sebuah positron ditemukan dalam sinar kosmik (K. Anderson). Positron adalah partikel bermuatan positif dengan massa yang sama dan muatan (modulo) yang sama dengan elektron. Keberadaan positron diprediksi oleh P. Dirac pada tahun 1928. Selama tahun-tahun ini, transformasi timbal balik proton dan neutron ditemukan dan diselidiki, dan menjadi jelas bahwa partikel-partikel ini juga bukan "batu bata" dasar alam yang tidak berubah. Pada tahun 1937, partikel dengan massa 207 massa elektron, yang disebut muon (μ-meson), ditemukan dalam sinar kosmik. Kemudian, pada tahun 1947-1950, pion (yaitu, -meson) ditemukan, yang menurut konsep modern melakukan interaksi antara nukleon di dalam nukleus. Pada tahun-tahun berikutnya, jumlah partikel yang baru ditemukan mulai berkembang pesat. Ini difasilitasi oleh studi tentang sinar kosmik, pengembangan teknologi akselerator, dan studi tentang reaksi nuklir.
Saat ini, sekitar 400 partikel subnuklear diketahui, yang biasanya disebut elementer. Sebagian besar partikel ini tidak stabil. Satu-satunya pengecualian adalah foton, elektron, proton dan neutrino. Semua partikel lain mengalami transformasi spontan menjadi partikel lain secara berkala. Partikel elementer yang tidak stabil sangat berbeda satu sama lain dalam hal masa hidup. Partikel yang berumur paling panjang adalah neutron. Masa pakai neutron adalah sekitar 15 menit. Partikel lain "hidup" untuk waktu yang jauh lebih singkat. Misalnya, umur rata-rata meson adalah 2,2 · 10–6 detik, dan meson netral adalah 0,87 · 10–16 detik. Banyak partikel masif - hiperon - memiliki masa hidup rata-rata dalam urutan 10–10 detik.
Ada beberapa puluh partikel dengan masa hidup melebihi 10-17 detik. Pada skala dunia mikro, ini adalah waktu yang signifikan. Partikel seperti ini disebut relatif stabil. Sebagian besar partikel elementer berumur pendek memiliki masa hidup dalam orde 10–22–10–23 detik.
Kemampuan untuk saling bertransformasi adalah sifat terpenting dari semua partikel elementer. Partikel dasar mampu dilahirkan dan dihancurkan (dipancarkan dan diserap). Ini juga berlaku untuk partikel stabil dengan satu-satunya perbedaan bahwa transformasi partikel stabil tidak terjadi secara spontan, tetapi ketika berinteraksi dengan partikel lain. Contohnya adalah pemusnahan (yaitu, hilangnya) elektron dan positron, disertai dengan produksi foton berenergi tinggi. Proses sebaliknya juga dapat terjadi - penciptaan pasangan elektron-positron, misalnya, ketika sebuah foton dengan energi yang cukup tinggi bertabrakan dengan nukleus. Proton juga memiliki ganda berbahaya seperti positron untuk elektron. Ini disebut antiproton. Muatan listrik antiproton adalah negatif. Saat ini, antipartikel telah ditemukan di semua partikel. Antipartikel bertentangan dengan partikel karena ketika partikel apa pun bertemu dengan antipartikelnya, mereka musnah, yaitu, kedua partikel menghilang, berubah menjadi kuanta radiasi atau partikel lain.
Bahkan neutron telah ditemukan memiliki antipartikel. Neutron dan antineutron hanya berbeda dalam tanda-tanda momen magnet dan apa yang disebut muatan baryon. Keberadaan atom antimateri dimungkinkan, yang intinya terdiri dari antinukleon, dan kulit positron. Selama pemusnahan antimateri dengan materi, energi sisa diubah menjadi energi kuanta radiasi. Ini adalah energi yang luar biasa, jauh lebih unggul daripada yang dilepaskan selama reaksi nuklir dan termonuklir.
Dalam berbagai partikel elementer yang dikenal hingga saat ini, sistem klasifikasi yang kurang lebih harmonis ditemukan. Meja 9.9.1 menyajikan beberapa informasi tentang sifat-sifat partikel elementer dengan masa hidup lebih dari 10–20 detik. Dari sekian banyak sifat yang mencirikan partikel elementer, hanya massa partikel (dalam massa elektron), muatan listrik (dalam satuan muatan dasar) dan momentum sudut (yang disebut spin) dalam satuan konstanta Planck = h / 2π ditunjukkan dalam tabel. Tabel juga menunjukkan masa hidup rata-rata partikel.
Kelompok
Nama partikel
Simbol
Massa (dalam massa elektronik)
Muatan listrik
Putaran
Seumur hidup
Partikel
antipartikel
Foton
foton
γ

Stabil
Lepton
Neutrino elektronik
e

1 / 2
stabil
Muon neutrino
νμ

1 / 2
stabil
Elektron
e–
e +

–1 1
1 / 2
Stabil
mu meson
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
Hadron
meson
Pi-meson
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
K-meson
K +
K -
966,4
1 –1

1,24∙10–8
K 0

≈ 10–10–10–8
Ini adalah meson nol
η0

≈ 10–18
baryon
Proton
P

1836,1
1 –1
1 / 2
Stabil
neutron
n

Lambda hyperon
Λ0

1 / 2
2,63∙10–10
Sigma hiperon
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-hiperon
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

Tabel 9.9.1.
Partikel dasar dikelompokkan menjadi tiga kelompok: foton, lepton, dan hadron.
Kelompok foton mencakup satu partikel - foton, yang merupakan pembawa interaksi elektromagnetik.
Kelompok berikutnya terdiri dari partikel ringan lepton. Kelompok ini mencakup dua jenis neutrino (elektron dan muon), elektron dan -meson. Lepton juga termasuk sejumlah partikel yang tidak tercantum dalam tabel. Semua lepton memiliki putaran
Kelompok besar ketiga terdiri dari partikel berat yang disebut hadron. Kelompok ini dibagi menjadi dua subkelompok. Partikel yang lebih ringan membentuk subkelompok meson. Yang paling ringan bermuatan positif dan negatif, serta -meson netral dengan massa sekitar 250 massa elektron (Tabel 9.9.1). Peony adalah kuanta medan nuklir, sama seperti foton adalah kuanta medan elektromagnetik. Subgrup ini juga mencakup empat meson K dan satu 0 meson. Semua meson memiliki putaran nol.
Subkelompok kedua, baryon, termasuk partikel yang lebih berat. Ini adalah yang paling luas. Baryon yang paling ringan adalah nukleon - proton dan neutron. Mereka diikuti oleh apa yang disebut hiperon. Omega-minus-hyperon, ditemukan pada tahun 1964, menutup tabel.Ini adalah partikel berat dengan massa 3.273 massa elektron. Semua baryon memiliki putaran
Banyaknya hadron yang ditemukan dan yang baru ditemukan membawa para ilmuwan pada gagasan bahwa mereka semua dibangun dari beberapa partikel lain yang lebih mendasar. Pada tahun 1964, fisikawan Amerika M. Gell-Mann mengajukan hipotesis, dikonfirmasi oleh penelitian berikutnya, bahwa semua partikel dasar yang berat - hadron - dibangun dari partikel yang lebih mendasar yang disebut quark. Berdasarkan hipotesis quark, tidak hanya struktur hadron yang sudah diketahui dipahami, tetapi keberadaan hadron baru juga diprediksi. Teori Gell-Mann mengasumsikan keberadaan tiga quark dan tiga antiquark, saling berhubungan dalam berbagai kombinasi. Jadi, setiap baryon terdiri dari tiga quark, dan antibaryon terdiri dari tiga antiquark. Meson tersusun atas pasangan quark-antiquark.
Dengan adopsi hipotesis quark, dimungkinkan untuk menciptakan sistem partikel elementer yang harmonis. Namun, sifat yang diprediksi dari partikel hipotetis ini ternyata agak tidak terduga. Muatan listrik quark harus dinyatakan dalam bilangan pecahan yang sama dengan muatan dasar.
Banyak pencarian quark dalam keadaan bebas, yang dilakukan pada akselerator berenergi tinggi dan dalam sinar kosmik, tidak berhasil. Para ilmuwan percaya bahwa salah satu alasan quark bebas tidak dapat diamati adalah, mungkin, karena massanya yang sangat besar. Ini mencegah produksi quark pada energi yang dicapai dengan akselerator modern. Namun demikian, sebagian besar ahli sekarang yakin bahwa quark ada di dalam partikel berat - hadron.
Interaksi mendasar. Proses di mana berbagai partikel elementer terlibat sangat berbeda dalam karakteristik waktu dan energinya. Menurut konsep modern, ada empat jenis interaksi di alam yang tidak dapat direduksi menjadi jenis interaksi lain yang lebih sederhana: kuat, elektromagnetik, lemah, dan gravitasi. Jenis interaksi ini disebut fundamental.
Interaksi kuat (atau nuklir) adalah yang paling intens dari semua interaksi. Mereka memberikan ikatan yang sangat kuat antara proton dan neutron dalam inti atom. Hanya partikel berat - hadron (meson dan baryon) - yang dapat mengambil bagian dalam interaksi yang kuat. Interaksi yang kuat memanifestasikan dirinya pada jarak orde 10-15 m atau kurang, oleh karena itu disebut jarak pendek.
Interaksi elektromagnetik. Setiap partikel bermuatan listrik dapat mengambil bagian dalam jenis interaksi ini, serta foton - kuanta medan elektromagnetik. Interaksi elektromagnetik bertanggung jawab, khususnya, untuk keberadaan atom dan molekul. Ini menentukan banyak sifat zat dalam keadaan padat, cair dan gas. Tolakan Coulomb dari proton menyebabkan ketidakstabilan inti dengan nomor massa yang besar. Interaksi elektromagnetik menentukan proses penyerapan dan emisi foton oleh atom dan molekul materi dan banyak proses fisika dunia mikro dan makro lainnya.
Interaksi yang lemah adalah yang paling lambat dari semua interaksi di dunia mikro. Setiap partikel dasar, kecuali foton, dapat mengambil bagian di dalamnya. Interaksi lemah bertanggung jawab atas jalannya proses yang melibatkan neutrino atau antineutrino, misalnya peluruhan neutron

Serta proses peluruhan partikel tanpa neutrinoles dengan masa pakai yang lama (τ 10–10 s).
Interaksi gravitasi melekat pada semua partikel tanpa kecuali, namun, karena massa partikel elementer yang kecil, gaya interaksi gravitasi di antara mereka dapat diabaikan dan peran mereka dalam proses dunia mikro tidak signifikan. Gaya gravitasi memainkan peran yang menentukan dalam interaksi objek luar angkasa (bintang, planet, dll.) dengan massanya yang besar.
Pada 30-an abad XX, sebuah hipotesis muncul bahwa di dunia interaksi partikel elementer dilakukan melalui pertukaran kuanta bidang apa pun. Hipotesis ini awalnya diajukan oleh rekan senegaranya I. Ye. Tamm dan D. D. Ivanenko. Mereka berhipotesis bahwa interaksi mendasar muncul dari pertukaran partikel, seperti halnya ikatan kimia kovalen atom muncul dari pertukaran elektron valensi yang bergabung pada kulit elektron kosong.
Interaksi yang dilakukan oleh pertukaran partikel ini mendapat nama interaksi pertukaran dalam fisika. Jadi, misalnya, interaksi elektromagnetik antara partikel bermuatan muncul dari pertukaran foton - kuanta medan elektromagnetik.
Teori interaksi pertukaran mendapat pengakuan setelah pada tahun 1935 fisikawan Jepang H. Yukawa secara teoritis menunjukkan bahwa interaksi yang kuat antara nukleon dalam inti atom dapat dijelaskan jika kita mengasumsikan bahwa nukleon bertukar partikel hipotetis yang disebut meson. Yukawa menghitung massa partikel-partikel ini, yang ternyata kira-kira sama dengan 300 massa elektron. Partikel dengan massa seperti itu kemudian benar-benar ditemukan. Partikel ini disebut -meson (pion). Saat ini, tiga jenis pion diketahui: +, – dan 0 (lihat Tabel 9.9.1).
Pada tahun 1957, keberadaan partikel berat, yang disebut vektor boson W +, W–, dan Z0, diprediksi secara teoritis, menyebabkan mekanisme pertukaran interaksi yang lemah. Partikel-partikel ini ditemukan pada tahun 1983 dalam eksperimen akselerator dengan berkas proton dan antiproton berenergi tinggi yang bertabrakan. Penemuan vektor boson merupakan pencapaian yang sangat penting dalam fisika partikel elementer. Penemuan ini menandai keberhasilan teori yang menggabungkan interaksi elektromagnetik dan lemah menjadi satu yang disebut interaksi elektrolemah. Teori baru ini menganggap medan elektromagnetik dan medan interaksi lemah sebagai komponen berbeda dari medan yang sama, di mana, bersama dengan kuantum medan elektromagnetik, boson vektor berpartisipasi.
Setelah penemuan ini dalam fisika modern, telah terjadi peningkatan yang signifikan dalam keyakinan bahwa semua jenis interaksi terkait erat satu sama lain dan, pada dasarnya, merupakan manifestasi yang berbeda dari bidang terpadu tertentu. Namun, penyatuan semua interaksi masih hanya hipotesis ilmiah yang menarik.
Fisikawan teoretis melakukan upaya yang cukup besar dalam upaya untuk mempertimbangkan secara terpadu tidak hanya elektromagnetik dan lemah, tetapi juga interaksi kuat. Teori ini disebut Great Unification. Para ilmuwan menyarankan bahwa interaksi gravitasi harus memiliki pembawanya sendiri - partikel hipotetis yang disebut graviton. Namun, partikel ini belum ditemukan.
Saat ini, dianggap terbukti bahwa satu bidang yang menyatukan semua jenis interaksi hanya dapat ada pada energi partikel yang sangat tinggi, yang tidak dapat dicapai dalam akselerator modern. Partikel dapat memiliki energi setinggi itu hanya pada tahap awal keberadaan Semesta, yang muncul sebagai akibat dari apa yang disebut Big Bang. Kosmologi - ilmu tentang evolusi alam semesta - menunjukkan bahwa Big Bang terjadi 18 miliar tahun yang lalu. Dalam model standar evolusi Semesta, diasumsikan bahwa pada periode pertama setelah ledakan, suhu bisa mencapai 1032 K, dan energi partikel E = kT bisa mencapai 1019 GeV. Selama periode ini, materi ada dalam bentuk quark dan neutrino, sementara semua jenis interaksi digabungkan menjadi satu medan gaya. Secara bertahap, ketika Semesta mengembang, energi partikel berkurang, dan dari medan interaksi terpadu, pertama, interaksi gravitasi dilepaskan (pada energi partikel 1019 GeV), dan kemudian interaksi kuat dipisahkan dari elektrolemah ( dengan energi orde 1014 GeV). Pada energi orde 103 GeV, keempat jenis interaksi fundamental ditemukan terpisah. Bersamaan dengan proses ini adalah pembentukan bentuk materi yang lebih kompleks - nukleon, inti ringan, ion, atom, dll. Kosmologi dalam modelnya mencoba melacak evolusi Semesta pada berbagai tahap perkembangannya dari Big Bang hingga saat ini. hari, mengandalkan hukum fisika partikel elementer, serta fisika nuklir dan atom.
































Mundur ke depan

Perhatian! Pratinjau slide hanya untuk tujuan informasi dan mungkin tidak mewakili semua opsi presentasi. Jika Anda tertarik dengan karya ini, silakan unduh versi lengkapnya.

Pelajaran diadakan di kelas 11 dan dirancang selama 2 jam akademik dan dibagi menjadi beberapa blok:

  • karakteristik yang menggambarkan keadaan elektron dalam atom;

Masing-masing blok ini dapat dipertimbangkan baik secara individual maupun kolektif. Jadi blok "Tahap pengembangan fisika partikel dasar" (Slide 1-5) dapat dipertimbangkan di kelas 9 ketika mempelajari topik yang relevan di tingkat pengantar. Juga di kelas 9, Anda dapat menggunakan blok "Metode pendaftaran partikel dasar" (Slide 29-31) saat mengatur pekerjaan siswa dengan buku teks. Blok "Jenis interaksi dan sifatnya" (Slide 11-15) dapat digunakan dalam pelajaran pertama kelas 10.

Sebelum mempelajari topik di kelas 11 (selama seminggu), siswa diminta untuk mempersiapkan pesan di bidang-bidang berikut:

  • tahapan perkembangan fisika partikel elementer;
  • jenis interaksi dan sifat-sifatnya;
  • metode pendaftaran partikel elementer.

Mereka telah mempelajari topik ini sebelumnya (kelas 9-10), sehingga persiapan tidak memakan banyak waktu dan biasanya tidak menimbulkan pertanyaan. Selama pelajaran, siswa membuat catatan di buku kerja berdasarkan pesan dan slide presentasi. Blok "Karakteristik yang menggambarkan keadaan elektron dalam atom" dianggap sebagai kuliah. Selama kuliah, siswa hanya menuliskan nama-nama karakteristik.

Buku Bekas:

  1. Buku teks fisika dasar, ed. acad. G.S. Landsberg. Volume 3. M.: "Ilmu", 1975
  2. B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf kursus fisika. Volume 3. M.: "SMA", 1971
  3. B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Fisika: Untuk siswa sekolah menengah dan mereka yang memasuki universitas. M.: "Bustard", 2000
  4. Gurumu. Fisika. Kuliah interaktif. Disk 1. LLC "Teknologi Multimedia dan Pembelajaran Jarak Jauh", 2003
  5. L. Ya. Borevsky Kursus fisika abad ke-21. M .: "MediaHouse", 2003

Topik pelajaran:"Partikel dasar dan sifat-sifatnya"

Tujuan pelajaran:

  • pendidikan: untuk mendapatkan siswa yang telah menguasai pengetahuan sebagai berikut:

    • di dunia mikro, tiga tingkat dibedakan, berbeda dalam skala dan energi karakteristik (molekul-atomik, nuklir, tingkat partikel elementer);
    • ada sekitar 400 partikel dasar yang berbeda di alam (bersama dengan antipartikel);
    • ada 4 jenis interaksi fundamental (kuat, elektromagnetik, lemah, gravitasi)
    • interaksi yang kuat adalah karakteristik partikel berat; hanya partikel bermuatan listrik yang terlibat langsung dalam medan elektromagnetik; interaksi lemah adalah karakteristik dari semua partikel, kecuali foton; interaksi gravitasi melekat di semua benda Semesta, memanifestasikan dirinya dalam bentuk gaya gravitasi universal;
    • interaksi mendasar berbeda dalam intensitas, rentang aksi, waktu karakteristik, serta hukum konservasi yang melekat padanya;
    • semua partikel dasar dibagi menjadi lepton (dasar) dan hadron (komposit);
    • hadron dibagi menjadi meson dan baryon;
  • Mengembangkan: mendapatkan peserta didik yang telah mempelajari kegiatan berikut:
    • mengenali berbagai jenis interaksi mendasar dengan karakteristiknya;
    • melakukan klasifikasi partikel elementer;
    • untuk menuliskan reaksi transformasi partikel elementer, dengan mempertimbangkan hukum kekekalan;
    • jelaskan perangkat dan prinsip pengoperasian perangkat untuk pendaftaran partikel elementer;
  • pendidikan: membuat siswa yakin bahwa:
    • semua partikel elementer berubah menjadi satu sama lain, dan transformasi timbal balik ini adalah fakta utama keberadaan mereka;
    • identifikasi mekanisme umum (pertukaran) dari semua interaksi mendasar memberikan harapan untuk kemungkinan membangun teori terpadu yang menjelaskan gambaran dunia;
    • bagian penyusun materi adalah: 6 jenis quark dan 6 lepton, interaksi antara yang dilakukan karena pertukaran pembawa interaksi yang sesuai (foton, 8 gluon, 3 boson menengah dan graviton)

Jenis pelajaran: digabungkan.

Peralatan: proyektor media, layar, komputer, tabel "Metode pendaftaran partikel", tabel "Interaksi dasar", selebaran ( Lampiran 1 , Lampiran 2 )

Rencana belajar:

I. Meningkatkan pengetahuan

Kata pengantar oleh guru tentang perlunya memahami gambaran ilmiah dunia.

II. Perolehan pengetahuan

1) Pesan siswa “Tahapan pengembangan fisika partikel dasar” (Slide 1-5)
2) Kuliah "Keadaan elektron dalam atom" (Slide 6-10)
3) Pesan "Jenis interaksi" (Slide 11-15)
4) Kuliah "Karakteristik partikel elementer" (Slide 16-28)
5) Pesan siswa "Metode pendaftaran partikel elementer" (Slide 29-31)

3) Jelaskan kemungkinan reaksi yang disajikan dari sudut pandang hukum kekekalan muatan (reaksi dipilih atas kebijaksanaan guru). Gunakan data tabel ( Lampiran 1 )

4) Menggunakan hukum kekekalan muatan, tabel 2 ( Lampiran 1 ) dan Lampiran 2 , jelaskan komposisi quark dari beberapa hadron (sesuai kebijaksanaan guru)

IV. Kontrol pengetahuan

Latihan 1.

Berdasarkan properti yang diusulkan, tentukan jenis interaksi yang disajikan.

Jenis interaksi Intensitas Waktu karakteristik, s
1/137 ~10-20
~1 ~ 10-23
~ 10-38 ?
~ 10-10 ~

Tugas 2.

Jenis interaksi apa yang diangkut oleh:

  • Gluon
  • boson menengah
  • Foton
  • Graviton

Tugas 3.

Berapakah jangkauan dari masing-masing interaksi?

V. Pekerjaan Rumah

115, 116, ringkasan bab 14

Untuk menjelaskan sifat dan perilaku partikel elementer, selain massa, muatan listrik, dan jenisnya, mereka harus diberkahi dengan sejumlah besaran karakteristik tambahan (bilangan kuantum), yang akan kita bahas di bawah ini.

Partikel dasar biasanya dibagi lagi menjadi empat kelas ... Selain kelas-kelas ini, keberadaan satu kelas partikel lagi diasumsikan - gravitasi (kuanta medan gravitasi). Secara eksperimental, partikel-partikel ini belum ditemukan.

Mari kita berikan deskripsi singkat tentang empat kelas partikel elementer.

Hanya satu partikel milik salah satunya - foton .

Foton (kuanta medan elektromagnetik) berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik, tetapi tidak memiliki interaksi kuat dan lemah.

Kelas kedua dibentuk oleh lepton , ketiga - hadron dan akhirnya yang keempat - mengukur boson (tab.2)

Meja 2

Partikel dasar

Lepton

Mengukur

boson

Hadron

n, P,

hiperon

barionik

resonansi

Mesonik

resonansi

Lepton (Orang Yunani " leptos" - lampu) - partikel,terlibat dalam interaksi elektromagnetik dan lemah... Ini termasuk partikel yang tidak memiliki interaksi kuat: elektron (), muon (), taon (), serta neutrino elektron (), neutrino muonik () dan tau neutrino (). Semua lepton memiliki putaran 1/2, dan karenanya adalah fermion ... Semua lepton memiliki interaksi yang lemah. Mereka yang memiliki muatan listrik (yaitu muon dan elektron) juga memiliki interaksi elektromagnetik. Neutrino hanya terlibat dalam interaksi yang lemah.

Hadron (Orang Yunani " adros"- besar, masif) - partikel,berpartisipasi dalam kuat,elektromagnetik dan interaksi lemah. Saat ini, lebih dari seratus hadron diketahui dan dibagi lagi menjadi baryon dan meson .

baryon - hadron,terdiri dari tiga quark (qqq) dan memiliki nomor baryon B = 1.

Kelas baryon menggabungkan nukleon ( P, n) dan partikel tidak stabil dengan massa lebih besar dari massa nukleon, disebut hiperon (). Semua hiperon memiliki interaksi yang kuat, dan karena itu secara aktif berinteraksi dengan inti atom. Putaran semua baryon adalah 1/2, jadi baryonnya adalah fermion ... Dengan pengecualian proton, semua baryon tidak stabil. Ketika baryon meluruh, bersama dengan partikel lain, baryon pasti terbentuk. Pola ini merupakan salah satu manifestasi dari hukum kekekalan muatan baryon.

meson - hadron,terdiri dari quark dan antiquark () dan memiliki nomor baryon B = 0.

Meson adalah partikel tidak stabil yang berinteraksi kuat dan tidak membawa apa yang disebut muatan barionik. Ini termasuk -meson atau pion (), K-meson, atau kaon ( ), dan -meson. Massa dan meson masing-masing sama dan sama dengan 273,1, 264,1 seumur hidup, dan s. Massa K-meson adalah 970. Masa pakai K-mesons adalah orde s. Massa eta-meson adalah 1074, masa pakainya adalah orde s. Tidak seperti lepton, meson tidak hanya memiliki yang lemah (dan jika bermuatan, elektromagnetik), tetapi juga interaksi yang kuat, yang memanifestasikan dirinya dalam interaksi mereka satu sama lain, serta dalam interaksi antara meson dan baryon. Putaran semua meson adalah nol, jadi mereka adalah boson.

Gauge boson - partikel,berinteraksi antara fermion fundamental(quark dan lepton). Ini adalah partikel W + , W – , Z 0 dan delapan jenis gluon g. Ini juga termasuk foton .

Sifat partikel elementer

Setiap partikel dijelaskan oleh satu set kuantitas fisik - bilangan kuantum yang menentukan sifat-sifatnya. Karakteristik partikel yang paling umum digunakan adalah sebagai berikut.

Massa partikel , M... Massa partikel sangat bervariasi dari 0 (foton) hingga 90 GeV ( Z-boson). Z-boson adalah partikel terberat yang diketahui. Namun, mungkin ada partikel yang lebih berat. Massa hadron bergantung pada jenis quarknya, serta status spinnya.

Seumur hidup , . Tergantung pada masa pakainya, partikel dibagi dengan partikel stabil memiliki umur yang relatif panjang, dan tidak stabil.

KE partikel stabil termasuk partikel yang meluruh oleh interaksi lemah atau elektromagnetik. Pembagian partikel menjadi stabil dan tidak stabil adalah sewenang-wenang. Oleh karena itu, partikel stabil mencakup partikel seperti elektron, proton, yang peluruannya belum terdeteksi saat ini, dan 0, meson, yang memiliki masa hidup = 0,8 × 10 - 16 s.

KE partikel tidak stabil termasuk partikel yang meluruh sebagai akibat interaksi yang kuat. Mereka biasa dipanggil resonansi ... Umur karakteristik resonansi adalah 10 - 23 -10 - 24 detik.

Putaran J... Putaran diukur dalam satuan ħ dan dapat mengambil nilai 0, setengah bilangan bulat dan bilangan bulat. Misalnya, putaran -, K-meson adalah 0. Putaran elektron, muon adalah 1/2. Putaran foton adalah 1. Ada partikel dengan putaran besar. Partikel dengan putaran setengah bilangan bulat mematuhi statistik Fermi-Dirac, dengan putaran bilangan bulat - Bose-Einstein.

Muatan listrik Q... Muatan listrik merupakan kelipatan bilangan bulat dari e= 1,6 × 10 - 19 C, disebut muatan listrik dasar. Partikel dapat memiliki muatan 0, ± 1, ± 2.

Paritas internal R. bilangan kuantum R mencirikan sifat simetri fungsi gelombang sehubungan dengan refleksi spasial. bilangan kuantum R memiliki nilai +1, -1.

Seiring dengan karakteristik umum untuk semua partikel, mereka juga menggunakan bilangan kuantum yang ditetapkan hanya untuk kelompok partikel tertentu.

bilangan kuantum : nomor baryon V, Keanehan S, pesona (pesona) dengan, kecantikan (dasar atau Kecantikan) B, atas (puncak) T, putaran isotop Saya hanya dikaitkan dengan partikel yang berinteraksi kuat - hadron.

nomor lepton L e, L μ , L. Nomor lepton ditetapkan untuk partikel yang membentuk kelompok lepton. Lepton e, dan hanya berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah. Lepton e, n dan n hanya berpartisipasi dalam interaksi lemah. Angka lepton penting L e, L μ , L= 0, +1, -1. Misalnya, e -, elektron neutrino n e memiliki L e= + l; memiliki L e= - l. Semua hadron memiliki .

Nomor baryon V... Nomor baryon penting V= 0, +1, -1. Baryon, misalnya, n, R, , , resonansi nukleon memiliki bilangan baryon V= +1. Meson, resonansi meson memiliki V= 0, antibaryon memiliki V = -1.

Keanehan S... Bilangan kuantum s dapat mengambil nilai -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 dan ditentukan oleh komposisi quark hadron. Misalnya, hiperon , memiliki S= -l; K + - , K- - meson punya S= + l.

Pesona dengan... bilangan kuantum dengan dengan= 0, +1 dan -1. Misalnya, baryon + memiliki dengan = +1.

dasar B... bilangan kuantum B dapat mengambil nilai -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Saat ini, partikel telah ditemukan yang memiliki B= 0, +1, -1. Sebagai contoh, V+ -meson punya B = +1.

topness T... bilangan kuantum T dapat mengambil nilai -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Saat ini, hanya satu kondisi yang ditemukan dengan T = +1.

isospin Saya... Partikel yang berinteraksi kuat dapat dibagi menjadi kelompok partikel dengan sifat serupa (nilai spin, paritas, bilangan baryon, keanehan, dan bilangan kuantum lain yang sama yang dipertahankan dalam interaksi kuat) - kelipatan isotop... isospin Saya menentukan jumlah partikel yang termasuk dalam satu multiplet isotop, n dan R merupakan doublet isotop Saya= 1/2; +, -, 0, adalah bagian dari triplet isotop Saya= 1, - singel isotop Saya= 0, jumlah partikel yang termasuk dalam satu multiplet isotop, 2Saya + 1.

G - keseimbangan adalah bilangan kuantum yang sesuai dengan simetri sehubungan dengan operasi konjugasi muatan simultan dengan dan mengubah tanda komponen ketiga Saya isospin. G- paritas dipertahankan hanya dalam interaksi yang kuat.

Dunia partikel elementer

Pelajaran di kelas 11

Tujuan pelajaran:

Pendidikan:

Untuk memperkenalkan siswa dengan struktur partikel dasar, dengan kekhasan gaya dan interaksi di dalam nukleus; mengajar untuk menggeneralisasi dan menganalisis pengetahuan yang diperoleh, untuk mengekspresikan pikiran Anda dengan benar; mempromosikan pengembangan pemikiran, kemampuan untuk menyusun informasi; untuk memupuk hubungan nilai-emosional dengan dunia

Mengembangkan:

Melanjutkan pengembangan berpikir, kemampuan menganalisis, membandingkan, menarik kesimpulan logis.

Mengembangkan rasa ingin tahu, kemampuan menerapkan pengetahuan dan pengalaman dalam berbagai situasi.

Pendidikan:

Pengembangan keterampilan kerja tim intelektual; pendidikan dasar-dasar kesadaran diri moral (pemikiran: tanggung jawab seorang ilmuwan, penemu atas buah-buah penemuannya);

Membangkitkan minat siswa dalam literatur sains populer, dalam mempelajari prasyarat untuk penemuan fenomena tertentu.

Tujuan pelajaran:

Menciptakan kondisi untuk pengembangan kompetensi intelektual dan komunikatif, di mana siswa akan dapat:

Sebutkan jenis utama partikel elementer;

Memahami ambiguitas model standar modern dunia;

Rumuskan ide-ide Anda tentang sejarah perkembangan partikel elementer;

Menganalisis peran perkembangan fisika dasar;

Klasifikasikan partikel elementer berdasarkan komposisinya;

Pikirkan tentang perlunya memiliki posisi Anda sendiri, mentolerir sudut pandang yang berbeda;

Tunjukkan komunikasi bebas konflik saat bekerja dalam kelompok.

Jenis pelajaran: mempelajari materi baru.

Bentuk pelajaran: pelajaran gabungan.

Metode pelajaran: verbal, visual, praktis.

Peralatan: presentasi komputer, proyektor multimedia, buku kerja siswa, komputer pribadi.

Langkah-langkah pelajaran

Waktu, min.

Metode dan teknik

1. Pengenalan organisasi. Pernyataan masalah pendidikan.

Merekam topik pelajaran. Cerita guru.

2. Aktualisasi pengetahuan (presentasi siswa)

Kisah siswa tentang pengetahuan yang ada, prasyarat untuk mempelajari hal-hal baru.

3. Mempelajari materi baru (presentasi guru)

Cerita guru menggunakan slide. Pengamatan. Percakapan. Siswa bercerita menggunakan slide.

4. Pengembangan materi yang dipelajari. Penahan.

Konsolidasi dengan catatan referensi dan

bekerja dengan buku teks. Jawaban atas pertanyaan keamanan.

5. Menyimpulkan. Pekerjaan rumah

Alokasi guru utama, siswa.

Selama kelas

    Momen organisasi pelajaran(sapaan, memeriksa kesiapan siswa untuk pelajaran)

Hari ini dalam pelajaran kita akan mempertimbangkan berbagai pandangan tentang struktur dunia, yang terdiri dari partikel segala sesuatu yang mengelilingi kita. Pelajaran akan seperti kuliah, dan sebagian besar perhatian diperlukan dari Anda.

Di awal pelajaran, saya ingin menarik perhatian Anda tentang sejarah munculnya doktrin partikel.

2. Pembaruan pengetahuan (Presentasi oleh V. Aleksakhina "Sejarah perkembangan pengetahuan tentang partikel")

Geser 2. Atomisme antik- ini adalah konsep struktur dunia oleh para ilmuwan zaman kuno. Menurut ide-ide Democritus, atom adalah partikel yang abadi, tidak berubah, tidak dapat dibagi, berbeda dalam bentuk dan ukuran, yang, menghubungkan dan memisahkan, membentuk berbagai benda.

Geser 3. Berkat penemuan oleh ilmuwan Dirac, Galileo dan Newton tentang prinsip relativitas, hukum dinamika, hukum kekekalan, hukum gravitasi universal, pada abad ke-17, atomisme zaman dahulu mengalami perubahan signifikan dan menjadi mapan dalam sains. gambar mekanis dunia, yang didasarkan pada interaksi gravitasi - semua benda dan partikel tunduk padanya, terlepas dari muatannya.

Geser 4. Pengetahuan yang terakumulasi dalam studi fenomena listrik, magnet dan optik menyebabkan kebutuhan untuk melengkapi dan mengembangkan gambaran dunia. Dengan demikian, pada abad ke-19 dan hingga awal abad ke-20 mulai mendominasi gambar elektrodinamika dunia... Itu sudah mempertimbangkan dua jenis interaksi - gravitasi dan elektromagnetik. Tetapi mereka gagal menjelaskan hanya radiasi termal, stabilitas atom, radioaktivitas, efek fotolistrik, spektrum garis.

Geser 5. Pada awal abad ke-20, muncul ide mengkuantisasi energi, yang didukung oleh Planck, Einstein, Bohr, Stoletov, serta dualisme gelombang partikel Louis de Broglie. Penemuan ini menandai munculnya gambar medan kuantum dunia, di mana interaksi yang kuat juga ditambahkan. Perkembangan aktif fisika partikel dasar dimulai.

3. Mempelajari materi baru

Sampai tiga puluhan abad ke-20, struktur dunia disajikan kepada para ilmuwan dalam bentuk yang paling sederhana. Mereka percaya bahwa "kumpulan lengkap" partikel yang menyusun semua materi adalah proton, neutron, dan elektron. Karena itu, mereka disebut dasar. Partikel-partikel ini juga termasuk foton - pembawa interaksi elektromagnetik.

Geser 6.Model Standar Dunia Modern:

Materi terdiri dari quark, lepton dan partikel - pembawa interaksi.

Untuk semua partikel elementer, ada kemungkinan untuk mendeteksi antipartikel.

Dualisme gelombang-sel darah. Prinsip ketidakpastian dan kuantisasi.

Interaksi kuat, elektromagnetik, dan lemah dijelaskan oleh teori penyatuan besar. Yang tersisa adalah gravitasi yang tidak bersatu.

Geser 7. Inti atom terdiri dari hadron, yang terdiri dari quark. Hadron adalah partikel yang terlibat dalam interaksi kuat.

Klasifikasi hadron: Meson terdiri dari satu quark dan satu antiquark Baryon terdiri dari tiga quark - nukleon (proton dan neutron) dan

hiperon.

Geser 8. Quark adalah partikel dasar yang membentuk hadron. Saat ini, ada 6 jenis yang berbeda (lebih sering mereka katakan - rasa) dari quark yang diketahui. Quark mengadakan interaksi kuat, berpartisipasi dalam kuat, lemah dan elektromagnetik. Mereka bertukar gluon, partikel dengan massa nol dan muatan nol. Ada antiquark untuk semua quark . Mereka tidak dapat diamati secara bebas. Mereka memiliki muatan listrik fraksional: + 2 / 3e - disebut U-quark (atas) dan -1 / 3e - d-quark (bawah).

Komposisi quark dari sebuah elektron - uud, komposisi quark dari sebuah proton - udd

Geser 9. Partikel yang bukan bagian dari nukleus adalah lepton. Lepton adalah partikel fundamental yang tidak berpartisipasi dalam interaksi yang kuat. Saat ini, 6 lepton dan 6 antipartikelnya diketahui.

Semua partikel memiliki antipartikel. Lepton dan antipartikelnya: elektron dan positron dengannya, neutrino elektron dan antineutrino. Muon dan anti-muon dengan mereka muon neutrino dan antineutrino. Taon dan antitaon - taon neutrino dan antineutrino.

Geser 10. Semua interaksi di alam adalah manifestasi dari empat jenis interaksi mendasar antara partikel dasar - lepton dan quark.

Interaksi yang kuat quark terpengaruh, dan gluon adalah pembawanya. Ini mengikat mereka bersama untuk membentuk proton, neutron, dan partikel lainnya. Secara tidak langsung mempengaruhi ikatan proton dalam inti atom.

Interaksi elektromagnetik partikel bermuatan terpengaruh. Dalam hal ini, di bawah pengaruh gaya elektromagnetik, partikel itu sendiri tidak berubah, tetapi hanya memperoleh sifat tolak-menolak dalam kasus muatan serupa.

Interaksi lemah kuark dan lepton terpengaruh. Efek interaksi lemah yang paling terkenal adalah transformasi quark down menjadi up quark, yang pada gilirannya menyebabkan neutron meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino.

Salah satu jenis interaksi lemah yang paling penting adalah Interaksi Higgs... Menurut asumsi, medan Higgs (latar belakang abu-abu) mengisi seluruh ruang cair, membatasi rentang interaksi lemah. Juga, boson Higgs berinteraksi dengan quark dan lepton, memastikan keberadaan massa mereka.

Interaksi gravitasi. Ini adalah yang paling lemah yang diketahui. Ini melibatkan semua, tanpa kecuali, partikel dan pembawa semua jenis interaksi. Ini dilakukan berkat pertukaran graviton - satu-satunya partikel yang belum ditemukan secara eksperimental. Interaksi gravitasi selalu merupakan daya tarik.

Geser 11. Banyak fisikawan berharap bahwa, seperti halnya mungkin untuk menggabungkan interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah menjadi elektrolemah, seiring waktu, akan dimungkinkan untuk membangun teori yang menyatukan semua jenis interaksi yang diketahui, yang diberi nama "Grand Unification".

4 . Konsolidasi pengetahuan.

Penahan utama(Presentasi oleh J. Gordienko "Large Hadron Collider". Ilmuwan modern berusaha meningkatkan proses mempelajari partikel untuk mencapai penemuan baru untuk kemajuan ilmiah dan teknologi. Untuk ini, pusat penelitian dan akselerator yang megah sedang dibangun. Salah satunya adalah struktur megah adalah Large Hadron Collider.

Konsolidasi akhir(kerja kelompok: jawaban atas pertanyaan buku teks)

Anda dibagi menjadi dua kelompok: baris 1 dan baris 2. Anda memiliki tugas di lembar: Anda perlu menjawab pertanyaan, dan Anda akan menemukan jawabannya di buku teks di paragraf 28 (hlm. 196 - 198).

Tugas kelompok pertama:

    Ada berapa partikel dasar? (48)

    Komposisi quark elektron? (uud)

    Sebutkan dua interaksi terkuat (kuat dan elektromagnetik)

    Jumlah total gluon? (delapan)

Tugas kelompok kedua:

    Berapa banyak partikel di jantung alam semesta? (61)

    Komposisi quark dari proton? (ud)

    Sebutkan dua interaksi terlemah (lemah dan gravitasi)

    Partikel apa yang melakukan interaksi elektromagnetik? (foton)

Sulih suara oleh pemimpin kelompok jawaban atas pertanyaan dan pertukaran kartu.

    Ringkasan pelajaran.

Anda berkenalan dengan beberapa aspek perkembangan fisika modern dan sekarang Anda memiliki gagasan dasar tentang arah perkembangan ilmu pengetahuan kita dan mengapa kita membutuhkannya.

6. Pekerjaan rumah. Pasal 28.

Tugas kelompok pertama:

1. Berapa banyak partikel fundamental yang ada secara total? ______________

2. Komposisi quark elektron? ____________

3. Sebutkan dua interaksi terkuat ______

4. Jumlah total gluon? _______

___________________________________________________________________

Tugas kelompok kedua:

1. Berapa banyak partikel di jantung alam semesta? ________

2. Komposisi quark dari proton? ___________

___________________________________________________________________

Tugas kelompok pertama:

1. Berapa jumlah total partikel fundamental? __________

2. Komposisi quark elektron? __________

3. Sebutkan dua interaksi terkuat ____________________________________________________________________________

4. Jumlah total gluon? _________

___________________________________________________________________

Tugas kelompok kedua:

1. Berapa banyak partikel di jantung alam semesta? ____________

2. Komposisi quark dari proton? _____________

3. Sebutkan dua interaksi terlemah _________

4. Partikel apa yang melakukan interaksi elektromagnetik? ______

___________________________________________________________________

Tugas kelompok pertama:

1. Berapa banyak partikel fundamental yang ada secara total? _____________

2. Komposisi quark elektron? ______________

3. Sebutkan dua interaksi terkuat ____________________________________________________________

4. Jumlah total gluon? _____

___________________________________________________________________

Tugas kelompok kedua:

1. Berapa banyak partikel di jantung alam semesta? ______

2. Komposisi quark dari proton? _________

3. Sebutkan dua interaksi terlemah __________

4. Partikel apa yang melakukan interaksi elektromagnetik? _______

Memuat ...Memuat ...