Elementariųjų dalelių ir jų laukų sąvadas. Elementariųjų dalelių fizika. Atominė ir branduolinė fizika

Klasė: 11

Klasė: 11

Pamokos tipas: pamoka studijuoti ir pirminis naujų žinių įtvirtinimas

Mokymo metodas: paskaita

Studentų veiklos forma: priekinis, kolektyvinis, individualus

Pamokos tikslas: išplėsti mokinių supratimą apie materijos struktūrą; apsvarstyti pagrindinius elementariųjų dalelių fizikos raidos etapus; duoti idėją apie elementarias daleles ir jų savybes.

Pamokos tikslai:

  • Švietimo: supažindinti mokinius su sąvoka - elementarioji dalelė, su elementariųjų dalelių tipologija, taip pat su elementariųjų dalelių savybių tyrimo metodais;
  • Vystosi: ugdyti mokinių pažintinį susidomėjimą, užtikrinant jų galimą dalyvavimą aktyvioje pažintinėje veikloje;
  • Švietimo: visuotinių žmogaus savybių ugdymas - mokslo pasiekimų pasaulyje suvokimo suvokimas; smalsumo, ištvermės ugdymas.

Įranga pamokai:

Didaktinės medžiagos: vadovėlio medžiaga, testų kortelės ir lentelės

Vaizdinės priemonės: pristatymas

1. Pamokos pradžios organizavimas.

Mokytojo veikla: abipusis mokytojo ir mokinių sveikinimas, mokinių tvirtinimas, mokinių pasirengimo pamokai tikrinimas. Dėmesio organizavimas ir studentų įtraukimas į verslo verslo ritmą.

dėmesio organizavimas ir įtraukimas į verslo verslo ritmą.

2. Pasiruošimas pagrindiniam pamokos etapui.

Mokytojo veikla:šiandien pradėsime studijuoti naują „Kvantinės fizikos“ skyrių - „Elementariosios dalelės“. Šiame skyriuje kalbėsime apie pirmines, toliau nesuyrančias daleles, iš kurių sudaryta visa medžiaga, apie elementarias daleles.

Fizikai tyrinėdami branduolinius procesus atrado elementarių dalelių egzistavimą, todėl iki XX amžiaus vidurio elementariųjų dalelių fizika buvo branduolinės fizikos šaka. Šiuo metu elementarioji dalelių fizika ir branduolinė fizika yra artimos, tačiau nepriklausomos fizikos šakos, kurias vienija daugelio nagrinėjamų problemų bendrumas ir naudojami tyrimo metodai.

Pagrindinis elementariųjų dalelių fizikos uždavinys yra elementariųjų dalelių prigimties, savybių ir tarpusavio virsmų tyrimas.

Tai taip pat bus mūsų pagrindinė užduotis tiriant elementariųjų dalelių fiziką.

3. Naujų žinių ir veiksmų metodų įsisavinimas.

Mokytojo veikla: Pamokos tema: „Elementariųjų dalelių fizikos vystymosi etapai“. Pamokoje svarstysime šiuos klausimus:

  • Idėjų, kad pasaulis susideda iš elementarių dalelių, vystymosi istorija
  • Kas yra elementariosios dalelės?
  • Kaip galima gauti atskirą elementariąją dalelę ir ar tai įmanoma?
  • Dalelių tipologija.

Idėja, kad pasaulis susideda iš pagrindinių dalelių, turi ilgą istoriją. Šiandien yra trys elementariųjų dalelių fizikos raidos etapai.

Atidarykime pamoką. Susipažinkime su etapų pavadinimais ir laiko tarpais.

Numatoma studentų veikla:

1 etapas. Nuo elektrono iki pozitrono: 1897 - 1932 m

2 etapas. Nuo pozitrono iki kvarkų: 1932 - 1964 m

3 etapas. Nuo kvarkų hipotezės (1964 m.) Iki šių dienų.

Mokytojo veikla:

1 etapas.

Elementarus, t.y. paprasčiausias, nedalomas toliau, taip atomą įsivaizdavo žymus senovės graikų mokslininkas Demokritas. Leiskite priminti, kad žodis „atomas“ vertime reiškia „nedalomas“. Pirmą kartą mintis apie mažiausių, nematomų dalelių, sudarančių visus aplinkinius objektus, egzistavimą, Demokritas išsakė 400 metų prieš mūsų erą. Mokslas atomų sąvoką pradėjo naudoti tik XIX amžiaus pradžioje, kai tuo remiantis buvo galima paaiškinti daugybę cheminių reiškinių. Ir šio amžiaus pabaigoje buvo atrasta sudėtinga atomo struktūra. 1911 metais buvo atrastas atominis branduolys (E. Rutherford) ir galiausiai įrodyta, kad atomai turi sudėtingą struktūrą.

Prisiminkime vaikinus: kokios dalelės yra įtrauktos į atomą ir trumpai jas apibūdinkite?

Numatoma studentų veikla:

Mokytojo veikla: vaikinai, gal kas nors iš jūsų prisimena: kas ir per kokius metus atrado elektroną, protoną ir neutroną?

Numatoma studentų veikla:

Elektronas. 1898 m. J. Thomsonas įrodė elektronų egzistavimo tikrovę. 1909 m. R. Millikanas pirmą kartą išmatavo elektrono krūvį.

Protonas. 1919 metais E. Rutherfordas, bombarduodamas azotą - dalelėmis, atrado dalelę, kurios krūvis lygus elektrono krūviui, o masė yra 1836 kartus didesnė už elektrono masę. Dalelė buvo pavadinta protonu.

Neutronas. Rutherfordas taip pat pasiūlė egzistuoti dalelę be krūvio, kurios masė yra lygi protono masei.

1932 metais D. Chadwickas atrado Rutherfordo pasiūlytą dalelę ir pavadino ją neutronu.

Mokytojo veikla: atradus protoną ir neutroną paaiškėjo, kad atomų branduoliai, kaip ir patys atomai, turi sudėtingą struktūrą. Atsirado branduolių sandaros protonų-neutronų teorija (D. D. Ivanenko ir V. Heisenbergas).

XIX amžiaus 30 -ajame dešimtmetyje elektrolizės teorijoje, kurią sukūrė M. Faraday, atsirado -iono sąvoka ir buvo atliktas elementariojo krūvio matavimas. XIX amžiaus pabaiga - be elektrono atradimo, buvo pažymėtas radioaktyvumo reiškinio atradimas (A. Becquerel, 1896). 1905 metais fizika sukūrė elektromagnetinio lauko - fotonų - kvantų sampratą (A. Einšteinas).

Prisiminkime: kas vadinama fotonu?

Numatoma studentų veikla: Fotonas(arba elektromagnetinės spinduliuotės kvantą) - elementari šviesos dalelė, elektra neutrali, be poilsio masės, tačiau turinti energijos ir impulsą.

Mokytojo veikla: atviros dalelės buvo laikomos nedalomomis ir nesikeičiančiomis pradinėmis būtybėmis, pagrindinėmis visatos statybinėmis medžiagomis. Tačiau ši nuomonė truko neilgai.

2 etapas.

30 -aisiais buvo atrastos ir ištirtos abipusės protonų ir neutronų transformacijos, paaiškėjo, kad šios dalelės taip pat nėra nekintamos elementarios gamtos „statybinės medžiagos“.

Šiuo metu žinoma apie 400 branduolinių dalelių (dalelių, iš kurių susidaro atomai, paprastai vadinamos elementariomis). Didžioji dauguma šių dalelių yra nestabilios (elementarios dalelės virsta viena kita).

Vienintelės išimtys yra fotonas, elektronas, protonas ir neutrinas.

Fotonas, elektronas, protonas ir neutrinas yra stabilios dalelės (dalelės, kurios gali egzistuoti laisvoje būsenoje neribotą laiką), tačiau kiekviena iš jų, sąveikaudama su kitomis dalelėmis, gali virsti kitomis dalelėmis.

Visos kitos dalelės reguliariai virsta kitomis dalelėmis, ir tai yra pagrindinis jų egzistavimo faktas.

Paminėjau dar vieną dalelę - neutriną. Kokios yra pagrindinės šios dalelės savybės? Kas ir kada jį atidarė?

Numatoma mokinių veikla: „Neutrino“ yra dalelė, neturinti elektros krūvio, o jos poilsio masė lygi 0. Šios dalelės egzistavimą 1931 metais prognozavo V. Pauli, o 1955 metais dalelė buvo eksperimentiškai užregistruota. Tai pasireiškia dėl neutronų skilimo:

Mokytojo veikla: nestabilios elementariosios dalelės labai skiriasi viena nuo kitos pagal gyvenimo trukmę.

Ilgiausiai gyvenanti dalelė yra neutronas. Neutronų tarnavimo laikas yra apie 15 minučių.

Kitos dalelės „gyvena“ daug trumpiau.

Yra kelios dešimtys dalelių, kurių tarnavimo laikas viršija 10–17 s. Mikropasaulio mastu tai yra reikšmingas laikas. Tokios dalelės vadinamos palyginti stabilus .

Dauguma trumpalaikis elementariųjų dalelių tarnavimo laikas yra 10–22–10–23 s.

Gebėjimas tarpusavyje transformuotis yra svarbiausia visų elementariųjų dalelių savybė.

Elementariosios dalelės gali gimti ir sunaikinti (skleisti ir absorbuoti). Tai taip pat taikoma stabilioms dalelėms, tik tuo skirtumu, kad stabilių dalelių transformacijos vyksta ne savaime, o sąveikaujant su kitomis dalelėmis.

Pavyzdys yra naikinimas (t.y. dingimas) elektroną ir pozitroną, kartu gaminant didelės energijos fotonus.

Pozitronas yra (elektrono antidalelė) teigiamai įkrauta dalelė, kurios masė ir krūvis (modulio) yra toks pat kaip elektrono. Išsamiau apie jo savybes kalbėsime kitoje pamokoje. Tarkime, kad pozitrono egzistavimą P. Diracas numatė 1928 m., O 1932 m. Kosminiuose spinduliuose atrado K. Andersonas.

1937 metais kosminiuose spinduliuose buvo atrastos dalelės, kurių masė 207 elektronų masės, vadinamos muonai (-ponios). Vidutinis mezono tarnavimo laikas yra 2,2 * 10-6 s.

Tada 1947–1950 m bijūnai (t.y. -mečiai). Vidutinė neutralaus berniuko gyvenimo trukmė yra 0,87 · 10 -16 s.

Vėlesniais metais naujai atrastų dalelių skaičius pradėjo sparčiai augti. Tai palengvino kosminių spindulių tyrimai, akceleratoriaus technologijos kūrimas ir branduolinių reakcijų tyrimas.

Norint įgyvendinti naujų dalelių kūrimo procesą ir ištirti elementariųjų dalelių savybes, reikalingi modernūs greitintuvai. Pradinės dalelės greitintuve pagreitinamos iki didelės energijos „susidūrimo metu“ ir susiduria viena su kita tam tikroje vietoje. Jei dalelių energija didelė, susidūrimo metu gimsta daug naujų dalelių, dažniausiai nestabilių. Šios dalelės, pasklidusios nuo susidūrimo taško, suyra į stabilesnes daleles, kurias registruoja detektoriai. Už kiekvieną tokį susidūrimo veiksmą (fizikai sako: kiekvienam įvykiui) - ir jie registruojami tūkstančiais per sekundę! -Eksperimentuotojai dėl to nustato kinematinius kintamuosius: „pagautų“ dalelių impulsų ir energijos vertes, taip pat jų trajektorijas (žr. vadovėlio paveikslėlį). Surinkę daug to paties tipo įvykių ir ištyrę šių kinematinių kiekių pasiskirstymą, fizikai rekonstruoja, kaip vyko sąveika ir kokio tipo daleles galima priskirti susidariusioms dalelėms.

3 etapas.

Elementariosios dalelės yra suskirstytos į tris grupes: fotonai , leptonai ir hadronai (2 priedas).

Vaikinai, pasakyk man daleles, priklausančias fotonų grupei.

Numatoma studentų veikla:Į grupę fotonai yra tik viena dalelė - fotonas

Mokytojo veikla: kitą grupę sudaro šviesos dalelės leptonai.

Prognozuojama studentų veikla: į šią grupę įeina dviejų tipų neutrinai (elektronai ir muonai), elektronai ir a -mezonai

Mokytojo veikla: leptonai taip pat apima daugybę dalelių, kurios nėra išvardytos lentelėje.

Trečią didelę grupę sudaro sunkios dalelės, vadinamos hadronai... Ši grupė yra padalinta į du pogrupius. Šviesesnės dalelės sudaro pogrupį mezonai .

Prognozuojama studentų veikla: lengviausi iš jų yra teigiamai ir neigiamai įkrauti, taip pat neutralūs. Bijūnai yra branduolinio lauko kvantai.

Mokytojo veikla: antras pogrupis - barionai - apima sunkesnes daleles. Jis yra plačiausias.

Numatoma studentų veikla: lengviausi iš baronų yra nukleonai - protonai ir neutronai.

Mokytojo veikla: po jų seka vadinamieji hiperonai. Stalo uždarymas yra omega-minus-hiperonas, atrastas 1964 m.

Atrastų ir naujai atrastų hadronų gausa paskatino mokslininkus manyti, kad jie visi yra sukurti iš kai kurių kitų esminių dalelių.

1964 metais amerikiečių fizikas M. Gell -Mann iškėlė hipotezę, kurią patvirtino vėlesni tyrimai, kad visos sunkios pagrindinės dalelės - hadronai - yra pagamintos iš fundamentalių dalelių, vadinamų kvarkai.

Struktūriniu požiūriu elementariosios dalelės, sudarančios atominius branduolius (nukleonus), ir apskritai visos sunkios dalelės - hadronai (baronai ir mezonai) - susideda iš dar paprastesnių dalelių, kurios paprastai vadinamos pagrindinėmis. Šiame vaidmenyje iš tikrųjų pagrindiniai pirminiai materijos elementai yra kvarkai, kurių elektros krūvis yra +2/3 arba -1/3 teigiamo protono krūvio vieneto.

Labiausiai paplitę ir lengviausi kvarkai vadinami aukštyn ir žemyn, ir atitinkamai žymi u (iš anglų kalbos aukštyn) ir d (žemyn). Kartais jie taip pat vadinami protonų ir neutronų kvarkais dėl to, kad protonas susideda iš uud derinio, o neutronas yra udd. Aukštyn kvarko krūvis yra +2/3; apačioje - neigiamas krūvis -1/3. Kadangi protoną sudaro du aukštyn ir vienas žemyn, o neutroną sudaro vienas aukštyn ir du žemyn kvarkai, galite savarankiškai patikrinti, ar bendras protono ir neutrono krūvis yra griežtai lygus 1 ir 0.

Kitos dvi kvarkų poros yra egzotiškesnių dalelių dalis. Kvarkai iš antrosios poros vadinami žavingais - c (iš žavių) ir keistais - s (nuo keistų).

Trečiąją porą sudaro tikri - t (iš tiesos, arba pagal anglų tradiciją viršuje) ir gražus - b (iš grožio, arba pagal anglų tradiciją apačioje) kvarkai.

Beveik visos dalelės, susidedančios iš įvairių kvarkų derinių, jau buvo atrastos eksperimentiškai

Priėmus kvarkų hipotezę, buvo galima sukurti darnią elementariųjų dalelių sistemą. Daugybė laisvos būklės kvarkų paieškų, atliktų naudojant didelės energijos greitintuvus ir kosminius spindulius, buvo nesėkmingi. Mokslininkai mano, kad viena iš laisvųjų kvarkų nesuvokimo priežasčių, galbūt, yra labai didelė jų masė. Tai užkerta kelią kvarkų susidarymui esant energijai, kuri pasiekiama naudojant šiuolaikinius greitintuvus.

Tačiau 2006 m. Gruodį mokslinių naujienų agentūrų ir žiniasklaidos kanaluose pasklido keista žinia apie „nemokamų viršutinių kvarkų“ atradimą.

4. Pirminis supratimo patikrinimas.

Mokytojo veikla: Taigi, vaikinai, mes su jumis:

  • pagrindiniai elementariųjų dalelių fizikos raidos etapai
  • sužinojo, kuri dalelė vadinama elementaria
  • susipažino su dalelių tipologija.

Kitoje pamokoje apžvelgsime:

  • išsamesnė elementariųjų dalelių klasifikacija
  • elementariųjų dalelių sąveikos tipai
  • antidalelės.

O dabar siūlau atlikti testą, kad atgaivintumėte savo atmintyje pagrindinius mūsų ištirtos medžiagos punktus (3 priedas).

5. Pamokos rezultatų apibendrinimas.

Mokytojų veikla: aktyviausių mokinių klasifikavimas.

6. Namų darbai

Mokytojo veikla:

1. 115 p., 347 p

2. pastraipos santrauka pagal pamokoje užfiksuotą planą.

Fizikai tyrinėdami branduolinius procesus atrado elementarių dalelių egzistavimą, todėl iki XX amžiaus vidurio elementariųjų dalelių fizika buvo branduolinės fizikos šaka. Šiuo metu elementarioji dalelių fizika ir branduolinė fizika yra artimos, tačiau nepriklausomos fizikos šakos, kurias vienija daugelio nagrinėjamų problemų bendrumas ir naudojami tyrimo metodai. Pagrindinis elementariųjų dalelių fizikos uždavinys yra elementariųjų dalelių prigimties, savybių ir tarpusavio virsmų tyrimas.
Idėja, kad pasaulis susideda iš pagrindinių dalelių, turi ilgą istoriją. Pirmą kartą graikų filosofas Demokritas 400 metų prieš Kristų išreiškė idėją, kad egzistuoja mažiausios nematomos dalelės, sudarančios visus aplinkinius objektus. Jis šias daleles pavadino atomais, tai yra nedalomomis dalelėmis. Mokslas atomų sąvoką pradėjo naudoti tik XIX amžiaus pradžioje, kai tuo remiantis buvo galima paaiškinti nemažai cheminių reiškinių. XIX amžiaus 30 -ajame dešimtmetyje M. Faraday sukurtoje elektrolizės teorijoje atsirado jonų samprata ir buvo atliktas elementariojo krūvio matavimas. XIX amžiaus pabaiga buvo pažymėta radioaktyvumo reiškinio atradimu (A. Becquerel, 1896), taip pat elektronų (J. Thomson, 1897) ir α dalelių atradimais (E. Rutherford, 1899). 1905 metais fizika sukūrė elektromagnetinio lauko - fotonų - kvantų sampratą (A. Einšteinas).
1911 metais buvo atrastas atominis branduolys (E. Rutherford) ir galiausiai įrodyta, kad atomai turi sudėtingą struktūrą. 1919 m. Rutherfordas atrado protonus daugelio elementų atominių branduolių skilimo produktuose. 1932 metais J. Chadwickas atrado neutroną. Tapo aišku, kad atomų branduoliai, kaip ir patys atomai, turi sudėtingą struktūrą. Atsirado branduolių sandaros protonų-neutronų teorija (D. D. Ivanenko ir V. Heisenbergas). Tais pačiais 1932 metais kosmose spinduliuose buvo atrastas pozitronas (K. Andersonas). Pozitronas yra teigiamai įkrauta dalelė, turinti tą pačią masę ir tą patį (modulio) krūvį kaip elektronas. Pozitrono egzistavimą P. Diracas numatė 1928 m. Per šiuos metus buvo atrastos ir ištirtos abipusės protonų ir neutronų transformacijos, paaiškėjo, kad šios dalelės taip pat nėra nekintamos elementarios gamtos „plytos“. 1937 metais kosminiuose spinduliuose buvo atrastos dalelės, kurių masė 207 elektronų masės, vadinamos miuonais (μ-mezonais). Tada, 1947–1950 m., Buvo atrasti pionai (ty π-mezonai), kurie pagal šiuolaikines koncepcijas atlieka branduolio nukleonų sąveiką. Vėlesniais metais naujai atrastų dalelių skaičius pradėjo sparčiai augti. Tai palengvino kosminių spindulių tyrimai, akceleratoriaus technologijos kūrimas ir branduolinių reakcijų tyrimas.
Šiuo metu žinoma apie 400 branduolinių dalelių, kurios paprastai vadinamos elementariomis. Didžioji dauguma šių dalelių yra nestabilios. Vienintelės išimtys yra fotonas, elektronas, protonas ir neutrinas. Visos kitos dalelės reguliariai virsta kitomis dalelėmis. Nestabilios elementariosios dalelės labai skiriasi viena nuo kitos gyvenimo trukme. Ilgiausiai gyvenanti dalelė yra neutronas. Neutronų tarnavimo laikas yra apie 15 minučių. Kitos dalelės „gyvena“ daug trumpiau. Pavyzdžiui, vidutinis μ mezono tarnavimo laikas yra 2,2 · 10–6 s, o neutralus π mezonas yra 0,87 · 10–16 s. Daugelio masyvių dalelių - hiperonų - vidutinis tarnavimo laikas yra 10–10 s.
Yra kelios dešimtys dalelių, kurių tarnavimo laikas viršija 10–17 s. Mikropasaulio mastu tai yra reikšmingas laikas. Tokios dalelės vadinamos palyginti stabiliomis. Daugumos trumpalaikių elementariųjų dalelių gyvenimo trukmė yra 10–22–10–23 s.
Gebėjimas tarpusavyje transformuotis yra svarbiausia visų elementariųjų dalelių savybė. Elementariosios dalelės gali gimti ir sunaikinti (skleisti ir absorbuoti). Tai taip pat taikoma stabilioms dalelėms, vienintelis skirtumas yra tas, kad stabilių dalelių transformacijos vyksta ne savaime, o sąveikaujant su kitomis dalelėmis. Pavyzdys yra elektrono ir pozitrono sunaikinimas (ty išnykimas), lydimas didelės energijos fotonų gamybos. Taip pat gali įvykti priešingas procesas - elektronų -pozitronų poros sukūrimas, pavyzdžiui, kai pakankamai didelės energijos fotonas susiduria su branduoliu. Protonas taip pat turi tokį pavojingą dvigubą, kaip elektrono pozitronas. Jis vadinamas antiprotonu. Antiprotono elektros krūvis yra neigiamas. Šiuo metu antidalelių rasta visose dalelėse. Antidalelės priešinasi dalelėms, nes kai bet kuri dalelė susitinka su savo dalelėmis, jos sunaikinamos, tai yra, abi dalelės išnyksta ir virsta spinduliuotės kvantomis ar kitomis dalelėmis.
Nustatyta, kad net neutronas turi antidalelę. Neutronas ir antineutronas skiriasi tik magnetinio momento požymiais ir vadinamuoju bariono krūviu. Galimi antimaterijos atomai, kurių branduoliai susideda iš antinukleonų, ir pozitronų apvalkalas. Sunaikinant antimateriją su medžiaga, likusi energija paverčiama spinduliuotės kvantų energija. Tai didžiulė energija, žymiai pranašesnė už tą, kuri išsiskiria branduolinių ir termobranduolinių reakcijų metu.
Iki šiol žinomų elementarių dalelių įvairovėje randama daugiau ar mažiau harmoninga klasifikavimo sistema. Lentelė 9.9.1 pateikiama informacija apie elementariųjų dalelių savybes, kurių tarnavimo laikas yra ilgesnis nei 10–20 s. Iš daugelio elementinei dalelei būdingų savybių tik dalelių masė (elektronų masėmis), elektros krūvis (elementariojo krūvio vienetais) ir kampinis momentas (vadinamasis sukimasis) Planko konstantos vienetais ħ = h / 2π yra nurodyti lentelėje. Lentelėje taip pat parodytas vidutinis dalelių tarnavimo laikas.
Grupė
Dalelės pavadinimas
Simbolis
Mišios (elektroninėmis masėmis)
Elektros krūvis
Sukti
Visą gyvenimą
Dalelė
Antidalelė
Fotonai
Fotonas
γ

Stabilus
Leptonai
Elektroninis neutrinas
νe

1 / 2
Stabiliai
Muoninis neutrinas
νμ

1 / 2
Stabiliai
Elektronas
e–
e +

–1 1
1 / 2
Stabilus
Mu meson
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
Hadronai
Mesonai
Pi-mezonai
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
K-mezonai
K +
K -
966,4
1 –1

1,24∙10–8
K 0

≈ 10–10–10–8
Tai yra nulinis mezonas
η0

≈ 10–18
Barionai
Protonas
p

1836,1
1 –1
1 / 2
Stabilus
Neutronas
n

Lambda hiperonas
Λ0

1 / 2
2,63∙10–10
Sigmos hiperonai
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-hiperonai
Ξ 0

1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –

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

–1 1
1 / 2
0,82∙10–11

9.9.1 lentelė.
Elementariosios dalelės yra suskirstytos į tris grupes: fotonus, leptonus ir hadronus.
Fotonų grupei priklauso viena dalelė - fotonas, kuris yra elektromagnetinės sąveikos nešėjas.
Kitą grupę sudaro lengvos leptonų dalelės. Šiai grupei priklauso dviejų tipų neutrinai (elektronai ir muonai), elektronai ir μ-mezonai. Leptonai taip pat apima daugybę dalelių, kurios nėra išvardytos lentelėje. Visi leptonai turi sukimąsi
Trečią didelę grupę sudaro sunkios dalelės, vadinamos hadronais. Ši grupė yra padalinta į du pogrupius. Šviesesnės dalelės sudaro mezonų pogrupį. Šviesiausi iš jų yra teigiamai ir neigiamai įkrauti, taip pat neutralūs π-mezonai, kurių masė yra apie 250 elektronų (9.9.1 lentelė). Bijūnai yra branduolinio lauko kvantai, kaip ir fotonai yra elektromagnetinio lauko kvantai. Į šį pogrupį taip pat įeina keturi K mezonai ir vienas η0 mezonas. Visi mesonai turi nulinį sukimąsi.
Antrasis pogrupis, barionai, apima sunkesnes daleles. Jis yra plačiausias. Lengviausi iš barionų yra nukleonai - protonai ir neutronai. Po jų seka vadinamieji hiperonai. Lentelę uždaro Omega-minus-hiperonas, atrastas 1964 m., Tai sunki dalelė, kurios masė yra 3273 elektronų masės. Visi barionai turi sukimąsi
Atrastų ir naujai atrastų hadronų gausa paskatino mokslininkus manyti, kad jie visi yra sukurti iš kitų esminių dalelių. 1964 metais amerikiečių fizikas M. Gell -Mann iškėlė hipotezę, kurią patvirtino vėlesni tyrimai, kad visos sunkios pagrindinės dalelės - hadronai - yra pagamintos iš esminių dalelių, vadinamų kvarkais. Remiantis kvarkų hipoteze, buvo ne tik suprasta jau žinomų hadronų struktūra, bet ir numatyta naujų. „Gell-Mann“ teorija manė, kad egzistuoja trys kvarkai ir trys antikvarkai, jungiantys vienas kitą įvairiais deriniais. Taigi, kiekvienas barionas susideda iš trijų kvarkų, o antikaronas - iš trijų antikvarkų. Mesonus sudaro kvarko ir antikvaro poros.
Priėmus kvarkų hipotezę, buvo galima sukurti darnią elementariųjų dalelių sistemą. Tačiau numatomos šių hipotetinių dalelių savybės pasirodė gana netikėtos. Kvarkų elektrinis krūvis turėtų būti išreikštas trupmenomis, lygiomis elementariam krūviui.
Daugybė laisvos būklės kvarkų paieškų, atliktų naudojant didelės energijos greitintuvus ir kosminius spindulius, buvo nesėkmingi. Mokslininkai mano, kad viena iš laisvųjų kvarkų nepastebėjimo priežasčių yra galbūt labai didelė jų masė. Tai užkerta kelią kvarkų susidarymui esant energijai, kuri pasiekiama naudojant šiuolaikinius greitintuvus. Nepaisant to, dauguma ekspertų dabar įsitikinę, kad sunkiųjų dalelių - hadronų - viduje yra kvarkų.
Pagrindinės sąveikos. Procesai, kuriuose dalyvauja įvairios elementariosios dalelės, labai skiriasi būdingu laiku ir energija. Remiantis šiuolaikinėmis sąvokomis, gamtoje yra keturių tipų sąveikos, kurios negalima redukuoti į kitas, paprastesnes sąveikos rūšis: stiprią, elektromagnetinę, silpną ir gravitacinę. Šios sąveikos rūšys vadinamos pagrindinėmis.
Stipri (arba branduolinė) sąveika yra intensyviausia iš visų sąveikų. Jie suteikia itin stiprų ryšį tarp protonų ir neutronų atomų branduoliuose. Tik sunkios dalelės - hadronai (mezonai ir barionai) gali dalyvauti stiprioje sąveikoje. Stipri sąveika pasireiškia 10-15 m ar mažesniais atstumais, todėl ji vadinama trumpojo nuotolio.
Elektromagnetinė sąveika. Tokio tipo sąveikoje gali dalyvauti bet kokios elektra įkrautos dalelės, taip pat fotonai - elektromagnetinio lauko kvantai. Elektromagnetinė sąveika visų pirma yra atsakinga už atomų ir molekulių egzistavimą. Jis nustato daugelį kietų, skystų ir dujinių būsenų medžiagų savybių. Coulombo protonų atstūmimas lemia branduolių, kurių masės yra didelės, nestabilumą. Elektromagnetinė sąveika lemia medžiagų atomų ir molekulių fotonų absorbcijos ir spinduliavimo procesus bei daugelį kitų mikro ir makro pasaulio fizikos procesų.
Silpna sąveika yra lėčiausia iš visų sąveikų mikropasaulyje. Jame gali dalyvauti bet kokios elementarios dalelės, išskyrus fotonus. Silpna sąveika yra atsakinga už procesų, apimančių neutrinus ar antineutrinus, eigą, pvz., Neutrono β skilimą

Taip pat ilgo tarnavimo (τ ≥ 10–10 s) dalelių skilimo procesai be neutrinų.
Gravitacinė sąveika būdinga visoms be išimties dalelėms, tačiau dėl mažų elementariųjų dalelių masių gravitacinės sąveikos jėgos tarp jų yra nereikšmingos, o jų vaidmuo mikropasaulio procesuose yra nereikšmingas. Gravitacinės jėgos atlieka lemiamą vaidmenį kosminių objektų (žvaigždžių, planetų ir kt.) Sąveikoje su didžiulėmis jų masėmis.
XX amžiaus 30 -ajame dešimtmetyje atsirado hipotezė, kad elementariųjų dalelių pasaulyje sąveika vyksta keičiantis bet kurio lauko kvantomis. Šią hipotezę iš pradžių iškėlė mūsų tautiečiai I. Ye. Tamm ir D. D. Ivanenko. Jie pasiūlė, kad esminė sąveika atsiranda keičiantis dalelėms, kaip ir kovalentinis cheminis atomų ryšys atsiranda keičiantis valentiniams elektronams, kurie susijungia ant tuščių elektronų apvalkalų.
Sąveika, atliekama keičiantis dalelėmis, fizikoje gavo mainų sąveikos pavadinimą. Taigi, pavyzdžiui, elektromagnetinė sąveika tarp įkrautų dalelių atsiranda keičiantis fotonais - elektromagnetinio lauko kvantais.
Mainų sąveikos teorija buvo pripažinta po to, kai japonų fizikas H. Yukawa 1935 m. Teoriškai parodė, kad stipri atominių branduolių nukleonų sąveika gali būti paaiškinta, jei darysime prielaidą, kad nukleonai keičiasi hipotetinėmis dalelėmis, vadinamomis mezonais. Yukawa apskaičiavo šių dalelių masę, kuri pasirodė maždaug 300 elektronų masės. Tokios masės dalelės vėliau buvo atrastos. Šios dalelės vadinamos π-mezonais (pionais). Šiuo metu žinomi trys pionų tipai: π +, π– ir π0 (žr. 9.9.1 lentelę).
1957 m. Teoriškai buvo prognozuojama, kad egzistuoja sunkios dalelės, vadinamieji vektoriniai bozonai W +, W– ir Z0, kurie lemia silpnos sąveikos mainų mechanizmą. Šios dalelės buvo aptiktos 1983 m. Greitintuvų eksperimentuose su didelės energijos susidūrusiomis protonų ir antiprotonų spinduliais. Vektorių bozonų atradimas buvo labai svarbus elementariųjų dalelių fizikos pasiekimas. Šis atradimas pažymėjo sėkmę teorijoje, kuri sujungė elektromagnetinę ir silpną sąveiką į vieną vadinamąją elektrinio silpnumo sąveiką. Ši nauja teorija elektromagnetinį lauką ir silpnos sąveikos lauką laiko skirtingais to paties lauko komponentais, kuriuose kartu su elektromagnetinio lauko kvantu dalyvauja vektoriniai bozonai.
Po šio šiuolaikinės fizikos atradimo labai padidėjo pasitikėjimas, kad visų tipų sąveikos yra glaudžiai susijusios viena su kita ir iš esmės yra skirtingos tam tikros vieningos srities apraiškos. Tačiau visų sąveikų suvienijimas vis dar yra tik patraukli mokslinė hipotezė.
Teoriniai fizikai deda daug pastangų bandydami vieningai apsvarstyti ne tik elektromagnetinę ir silpnąją, bet ir stipriąją sąveiką. Ši teorija vadinama Didžiuoju susivienijimu. Mokslininkai teigia, kad gravitacinė sąveika turi turėti savo nešiklį - hipotetinę dalelę, vadinamą gravitonu. Tačiau ši dalelė dar neatrasta.
Šiuo metu manoma, kad įrodyta, kad vienas laukas, apjungiantis visų rūšių sąveiką, gali egzistuoti tik esant labai didelei dalelių energijai, nepasiekiama šiuolaikiniuose greitintuvuose. Tokios didelės energijos dalelės galėjo turėti tik ankstyviausiose Visatos egzistavimo stadijose, kurios atsirado dėl vadinamojo Didžiojo sprogimo. Kosmologija - mokslas apie visatos evoliuciją - rodo, kad Didysis sprogimas įvyko prieš 18 milijardų metų. Standartiniame Visatos evoliucijos modelyje daroma prielaida, kad pirmuoju laikotarpiu po sprogimo temperatūra gali siekti 1032 K, o dalelių energija E = kT gali siekti 1019 GeV. Šiuo laikotarpiu materija egzistavo kvarkų ir neutrinų pavidalu, o visų rūšių sąveika buvo sujungta į vieną jėgos lauką. Palaipsniui, plečiantis Visatai, dalelių energija sumažėjo, o gravitacinė sąveika pirmiausia atsirado iš vieningo sąveikos lauko (esant dalelių energijai ≤ 1019 GeV), o po to stipri sąveika atsiskyrė nuo elektros silpnybės (esant energijos 1014 GeV). Esant 103 GeV energijai, buvo nustatyta, kad visi keturi pagrindinių sąveikų tipai yra atskiri. Kartu su šiais procesais susiformavo sudėtingesnės materijos formos - nukleonai, šviesos branduoliai, jonai, atomai ir tt dieną, remdamasi elementariųjų dalelių fizikos, taip pat branduolinės ir atominės fizikos dėsniais.
































Atgal į priekį

Dėmesio! Skaidrių peržiūros yra skirtos tik informaciniais tikslais ir gali neatspindėti visų pateikimo variantų. Jei jus domina šis darbas, atsisiųskite pilną versiją.

Pamoka vyksta 11 klasėje ir yra skirta 2 akademinėms valandoms ir yra padalinta į kelis blokus:

  • charakteristikos, apibūdinančios elektrono būseną atome;

Kiekvienas iš šių blokų gali būti vertinamas tiek atskirai, tiek kartu. Taigi bloką „Elementariųjų dalelių fizikos vystymosi etapai“ (1–5 skaidrės) galima svarstyti 9 klasėje, kai įvadiniame lygyje studijuojama atitinkama tema. Taip pat 9 klasėje, organizuodami mokinių darbą su vadovėliu, galite naudoti bloką „Elementariųjų dalelių registravimo metodai“ (29-31 skaidrės). Bloką „Sąveikos tipai ir jų savybės“ (11–15 skaidrės) galima naudoti pirmose 10 klasės pamokose.

Prieš mokydamiesi temos 11 klasėje (savaitę), mokinių prašoma paruošti pranešimus šiose srityse:

  • elementariųjų dalelių fizikos raidos etapai;
  • sąveikos rūšys ir jų savybės;
  • elementariųjų dalelių registravimo metodai.

Šias temas jie jau mokėsi anksčiau (9-10 kl.), Todėl pasiruošimas neužima daug laiko ir dažniausiai nekelia klausimų. Pamokos metu mokiniai užsirašo į darbo knygeles, remdamiesi pranešimais ir pristatymo skaidrėmis. Blokas „Charakteristikos, apibūdinančios elektrono būseną atomuose“ laikomas paskaita. Paskaitos metu studentai užsirašo tik charakteristikų pavadinimus.

Naudotos knygos:

  1. Elementariosios fizikos vadovėlis, red. akad. G.S. Landsbergis. 3 tomas. M.: „Mokslas“, 1975 m
  2. B.M. Javorskis, A.A. Detlafas Fizikos kursas. 3 tomas. M.: „Vidurinė mokykla“, 1971 m
  3. B.M. Javorskis, A.A. Detlafas Fizika: vidurinių mokyklų studentams ir tiems, kurie stoja į universitetus. M.: „Bustard“, 2000 m
  4. Jūsų mokytojas. Fizika. Interaktyvios paskaitos. Diskas 1. LLC "Multimedijos technologijos ir nuotolinis mokymasis", 2003 m
  5. L. Taip. Borevskis XXI amžiaus fizikos kursas. M.: „MediaHouse“, 2003 m

Pamokos tema:„Elementariosios dalelės ir jų savybės“

Pamokos tikslas:

  • Švietimo: gauti studentų, įvaldžiusių šias žinias:

    • mikropasaulyje išskiriami trys lygiai, besiskiriantys būdingomis skalėmis ir energijomis (molekulinė-atominė, branduolinė, elementariųjų dalelių lygis);
    • gamtoje yra apie 400 skirtingų elementarių dalelių (kartu su antidalelėmis);
    • Yra 4 pagrindinių sąveikų tipai (stipri, elektromagnetinė, silpna, gravitacinė)
    • stipri sąveika būdinga sunkioms dalelėms; elektromagnetiniame lauke tiesiogiai dalyvauja tik elektra įkrautos dalelės; silpna sąveika būdinga visoms dalelėms, išskyrus fotonus; gravitacinė sąveika būdinga visiems Visatos kūnams, pasireiškianti visuotinės traukos jėgų pavidalu;
    • esminės sąveikos skiriasi intensyvumu, veiksmų diapazonu, būdingu laiku ir jiems būdingais išsaugojimo dėsniais;
    • visos elementariosios dalelės yra suskirstytos į leptonus (pagrindinius) ir hadronus (sudėtinius);
    • hadronai skirstomi į mezonus ir barionus;
  • Vystosi: gaukite mokinius, kurie išmoko šios veiklos:
    • atpažinti skirtingų tipų pagrindines sąveikas pagal jų savybes;
    • atlikti elementariųjų dalelių klasifikavimą;
    • užrašyti elementariųjų dalelių virsmų reakcijas, atsižvelgiant į išsaugojimo dėsnius;
    • apibūdinti elementariųjų dalelių registravimo prietaisą ir veikimo principą;
  • Švietimo: įtikinkite studentus, kad:
    • visos elementariosios dalelės transformuojasi viena į kitą, ir šios abipusės transformacijos yra pagrindinis jų egzistavimo faktas;
    • visų esminių sąveikų bendro (mainų) mechanizmo nustatymas suteikia vilties sukurti vieningą teoriją, paaiškinančią pasaulio vaizdą;
    • medžiagos sudedamosios dalys yra: 6 tipų kvarkai ir 6 leptonai, tarp kurių sąveika vyksta keičiantis atitinkamiems sąveikos nešikliams (fotonas, 8 gluonai, 3 tarpiniai bozonai ir gravitonas)

Pamokos tipas: kartu.

Įranga:žiniasklaidos projektorius, ekranas, kompiuteris, lentelė „Dalelių registravimo metodai“, lentelė „Pagrindinės sąveikos“, dalomoji medžiaga ( 1 priedas , 2 priedėlis )

Pamokos planas:

I. Žinių tobulinimas

Įvadiniai mokytojo pasisakymai apie būtinybę suprasti mokslinį pasaulio vaizdą.

II. Žinių įgijimas

1) Studento pranešimas „Elementariųjų dalelių fizikos vystymosi etapai“ (1–5 skaidrės)
2) Paskaita „Elektrono būsena atome“ (6–10 skaidrės)
3) Pranešimas „Sąveikos tipai“ (11–15 skaidrės)
4) Paskaita „Elementariųjų dalelių charakteristikos“ (16–28 skaidrės)
5) Pranešimas iš studentų „Elementariųjų dalelių registravimo metodai“ (29–31 skaidrės)

3) Paaiškinkite pateiktų reakcijų galimybę krūvio išsaugojimo dėsnių požiūriu (reakcijos parenkamos mokytojo nuožiūra). Naudokite lentelės duomenis ( 1 priedas )

4) Naudojant mokesčio išsaugojimo įstatymą, 2 lentelė ( 1 priedas ) ir 2 priedas , paaiškinkite kai kurių hadronų kvarko sudėtį (mokytojo nuožiūra)

IV. Žinių kontrolė

1 pratimas.

Remdamiesi siūlomomis savybėmis, nustatykite, kokio tipo pateikiamos sąveikos.

Sąveikos tipas Intensyvumas Būdingas laikas, s
1/137 ~10-20
~1 ~ 10-23
~ 10-38 ?
~ 10-10 ~

2 užduotis.

Kokio tipo sąveiką perneša:

  • Gluonai
  • Tarpiniai bozonai
  • Fotonai
  • Gravitonai

3 užduotis.

Koks yra kiekvienos sąveikos diapazonas?

V. Namų darbai

§ 115, 116, 14 skyriaus santrauka

Norint paaiškinti elementariųjų dalelių savybes ir elgseną, be masės, elektros krūvio ir tipo, jos turi būti aprūpintos daugybe papildomų būdingų dydžių (kvantinių skaičių), kuriuos aptarsime toliau.

Elementarios dalelės paprastai skirstomos į keturias klases ... Be šių klasių, daroma prielaida, kad yra dar viena dalelių klasė - gravitonai (gravitacinio lauko kvantos). Eksperimentiškai šios dalelės dar nebuvo atrastos.

Trumpai apibūdinkime keturias elementariųjų dalelių klases.

Vienai iš jų priklauso tik viena dalelė - fotonas .

Fotonai (elektromagnetinio lauko kvantai) dalyvauja elektromagnetinėje sąveikoje, tačiau neturi stiprios ir silpnos sąveikos.

Antrąją klasę sudaro leptonai , trečias - hadronai ir galiausiai ketvirtas - matuokliai bozonai (2 skirtukas)

2 lentelė

Elementarios dalelės

Leptonai

Matuoklis

bozonai

Hadronai

n, p,

hiperonai

Barionas

rezonansai

Mezoninis

rezonansai

Leptonai (Graikų kalba " leptos" - šviesa) - dalelės,dalyvauja elektromagnetinėje ir silpnoje sąveikoje... Tai apima daleles, kurios neturi stiprios sąveikos: elektronai (), muonai (), taonai (), taip pat elektronų neutrinai (), miuoniniai neutrinai () ir tau neutrinai (). Visi leptonai turi 1/2 sukimų, todėl yra fermionai ... Visi leptonai turi silpną sąveiką. Tie, kurie turi elektros krūvį (ty muonai ir elektronai), taip pat turi elektromagnetinę sąveiką. Neutrinai dalyvauja tik silpnoje sąveikoje.

Hadronai (Graikų kalba " adros"- didelis, masyvus) - dalelės,dalyvauja stipriame,elektromagnetinė ir silpna sąveika. Šiandien žinoma daugiau nei šimtas hadronų ir jie yra suskirstyti į barionai ir mezonai .

Barionai - hadronai,susidedantis iš trijų kvarkų (qqq) ir turintis bariono numerį B. = 1.

Barionų klasė jungia nukleonus ( p, n) ir nestabilios dalelės, kurių masė didesnė už nukleonų masę, vadinamos hiperonai (). Visi hiperonai turi stiprią sąveiką, todėl aktyviai sąveikauja su atominiais branduoliais. Visų barionų sukimasis yra 1/2, taigi barionai yra fermionai ... Visi baronai, išskyrus protoną, yra nestabilūs. Kai barionas suyra, kartu su kitomis dalelėmis būtinai susidaro barionas. Šis modelis yra vienas iš bariono krūvio išsaugojimo dėsnio apraiškos.

Mesonai - hadronai,susidedantis iš kvarko ir antikvarko () ir turintis bariono numerį B = 0.

Mesonai yra stipriai sąveikaujančios nestabilios dalelės, kurios nekelia vadinamojo bariono krūvio. Tai apima -mezonus ar pionus (), K -mezonus arba kaonus ( ), ir -mesons. Masės ir mezonai yra vienodi ir lygus atitinkamai 273,1, 264,1 gyvenimo trukmei ir s. K-mezonų masė yra 970. K-mezonų tarnavimo laikas yra maždaug s. Eta-mezonų masė yra 1074, gyvenimo trukmė-s. Skirtingai nuo leptonų, mezonai turi ne tik silpną (ir jei jie yra įkrauti, elektromagnetinius), bet ir stiprią sąveiką, kuri pasireiškia jų tarpusavio sąveika, taip pat mezonų ir barionų sąveika. Visų mezonų sukimasis yra lygus nuliui, taigi jie yra bozonai.

Matavimo bozonai - dalelės,sąveikaujantis tarp pagrindinių fermionų(kvarkai ir leptonai). Tai dalelės W + , W – , Z 0 ir aštuonių rūšių gluonai g. Tai taip pat apima fotoną γ.

Elementariųjų dalelių savybės

Kiekvieną dalelę apibūdina fizinių dydžių rinkinys - kvantiniai skaičiai, lemiantys jo savybes. Dažniausiai naudojamos dalelių charakteristikos yra šios.

Dalelių masė , m... Dalelių masė labai skiriasi nuo 0 (fotonas) iki 90 GeV ( Z-bozonas). Z-bozonas yra sunkiausia žinoma dalelė. Tačiau gali būti sunkesnių dalelių. Hadronų masės priklauso nuo jų kvarkų tipų, taip pat nuo jų sukimosi būsenų.

Gyvenimas , τ. Atsižvelgiant į tarnavimo laiką, dalelės yra padalintos iš stabilios dalelės turintis palyginti ilgą tarnavimo laiką ir nestabilus.

Į stabilios dalelės apima daleles, kurios suyra dėl silpnos ar elektromagnetinės sąveikos. Dalelių padalijimas į stabilias ir nestabilias yra savavališkas. Todėl stabilios dalelės apima tokias daleles kaip elektronas, protonas, kurių skilimas šiuo metu nebuvo aptiktas, ir π 0 mezonas, kurio tarnavimo laikas yra τ = 0,8 × 10 - 16 s.

Į nestabilios dalelės apima daleles, kurios suyra dėl stiprios sąveikos. Paprastai jie vadinami rezonansai ... Būdingas rezonansų tarnavimo laikas yra 10 - 23 -10 - 24 s.

Sukti J... Sukimasis matuojamas vienetais ħ ir gali turėti 0, pusės sveiko ir sveiko skaičiaus reikšmes. Pavyzdžiui, π-, K-mezonų sukimasis yra 0. Elektrono, miuono sukimasis yra 1/2. Fotono sukimasis yra 1. Yra dalelių, turinčių didelį sukimąsi. Dalelės, turinčios pusiau sveiką sukimąsi, atitinka Fermi-Dirac statistiką, o sveikasis skaičius-Bose-Einšteinas.

Elektros krūvis q... Elektros krūvis yra sveikųjų skaičių kartotinis e= 1,6 × 10 - 19 C, vadinamas elementariu elektros krūviu. Dalelių krūviai gali būti 0, ± 1, ± 2.

Vidinis paritetas R. Kvantinis skaičius R apibūdina bangos funkcijos simetrijos savybę erdvinių atspindžių atžvilgiu. Kvantinis skaičius R turi reikšmę +1, -1.

Kartu su visoms dalelėms būdingomis savybėmis jie taip pat naudojami kvantiniai skaičiai, priskirti tik tam tikroms dalelių grupėms.

Kvantiniai skaičiai : bariono skaičius V, keistumas s, žavesio (žavesio) su, Grožis (dugnumas arba grožis) b, viršutinė (viršūnė) t, izotopinis sukimasis Aš priskiriamos tik stipriai sąveikaujančioms dalelėms - hadronai.

Leptono skaičiai L e, L μ , Lτ. Leptono skaičiai priskiriami dalelėms, sudarančioms leptonų grupę. Leptonai e, μ ir τ dalyvauja tik elektromagnetinėje ir silpnoje sąveikoje. Leptons ν e, n μ ir n τ dalyvauja tik silpnoje sąveikoje. Leptono skaičiai yra svarbūs L e, L μ , Lτ = 0, +1, -1. Pavyzdžiui, e -, elektronų neutrinas n e turėti L e= + l; turėti L e= - l. Visi hadronai turi .

Baryono numeris V... Baryono skaičius yra svarbus V= 0, +1, -1. Barionai, pvz. n, R, Λ, Σ, nukleonų rezonansai turi bariono skaičių V= +1. Mesonai, mezonų rezonansai turi V= 0, antikūnai turi V = -1.

Keistumas s... Kvantinis skaičius s gali turėti reikšmes -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 ir jį lemia hadronų kvarko sudėtis. Pavyzdžiui, hiperonai Λ, Σ turi s= -l; K + - , K- mesonai turi s= + l.

Žavesys su... Kvantinis skaičius su su= 0, +1 ir -1. Pavyzdžiui, barionas Λ + turi su = +1.

Dugnumas b... Kvantinis skaičius b gali turėti reikšmes -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Šiuo metu buvo aptikta dalelių b= 0, +1, -1. Pavyzdžiui, V+ -berniukas b = +1.

Viršūnė t... Kvantinis skaičius t gali turėti reikšmes -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Šiuo metu nustatyta tik viena sąlyga t = +1.

Isospin Aš... Stipriai sąveikaujančias daleles galima suskirstyti į dalelių grupes, turinčias panašias savybes (tą pačią sukimosi vertę, paritetą, barionų skaičių, keistumą ir kitus kvantinius skaičius, kurie išsaugomi esant stipriai sąveikai) - izotopiniai kartotiniai... Isospin Aš nustato dalelių, įtrauktų į vieną izotopinį multiletą, skaičių, n ir R sudaro izotopinį dubletą Aš= 1/2; Σ +, Σ -, Σ 0, yra dalis izotopinis tripletas Aš= 1, Λ - izotopinis singletas Aš= 0, į vieną įtrauktų dalelių skaičius izotopinis multipletas, 2Aš + 1.

G - paritetas yra kvantinis skaičius, atitinkantis simetriją vienalaikio krūvio konjugacijos operacijos atžvilgiu su ir trečiojo komponento ženklo keitimas Aš izospinas. G- paritetas išsaugomas tik esant stipriai sąveikai.

Elementariųjų dalelių pasaulis

Pamoka 11 klasėje

Pamokos tikslas:

Švietimo:

Supažindinti mokinius su elementariųjų dalelių sandara, su jėgų ir sąveikos ypatumais branduolio viduje; mokyti apibendrinti ir analizuoti įgytas žinias, teisingai reikšti savo mintis; skatinti mąstymo vystymąsi, gebėjimą struktūrizuoti informaciją; ugdyti emocinį-vertybinį santykį su pasauliu

Kuriama:

Tęsti mąstymo lavinimą, gebėjimą analizuoti, lyginti, daryti logiškas išvadas.

Ugdykite smalsumą, gebėjimą pritaikyti žinias ir patirtį įvairiose situacijose.

Švietimo:

Intelektualinio komandinio darbo įgūdžių ugdymas; moralinio savimonės pagrindų ugdymas (mintis: mokslininko, atradėjo atsakomybė už savo atradimų vaisius);

Pažadinti mokinių susidomėjimą populiariąja moksline literatūra, konkrečių reiškinių atradimo prielaidų tyrimu.

Pamokos tikslas:

Sukurkite intelektinių ir komunikacinių kompetencijų ugdymo sąlygas, kuriomis studentas sugebės:

Įvardinkite pagrindines elementariųjų dalelių rūšis;

Suprasti šiuolaikinio standartinio pasaulio modelio dviprasmiškumą;

Suformuluokite savo idėjas apie elementariųjų dalelių vystymosi istoriją;

Išanalizuoti elementarios fizikos raidos vaidmenį;

Klasifikuoti elementarias daleles pagal jų sudėtį;

Pagalvokite apie poreikį turėti savo poziciją, toleruokite kitokį požiūrį;

Dirbdami grupėje parodykite bendravimą be konfliktų.

Pamokos tipas: išmokti naujos medžiagos.

Pamokos forma: kombinuota pamoka.

Pamokos metodai:žodžiu, vizualiai, praktiškai.

Įranga: kompiuterio pristatymas, daugialypės terpės projektorius, mokinio darbaknygė, asmeninis kompiuteris.

Pamokos žingsniai

Laikas, min.

Metodai ir metodai

1. Organizacinis įvadas. Švietimo problemos konstatavimas.

Pamokos temos įrašymas. Mokytojo istorija.

2. Žinių aktualizavimas (studentų pristatymas)

Mokinio pasakojimas apie turimas žinias, prielaidas mokytis naujų dalykų.

3. Naujos medžiagos mokymasis (mokytojo pristatymas)

Mokytojo istorija naudojant skaidres. Stebėjimas. Pokalbis. Studentų pasakojimas naudojant skaidres.

4. Tirtos medžiagos kūrimas. Tvirtinimas.

Konsolidavimas pagal nuorodas ir

dirbti su vadovėliu. Atsakymai į saugumo klausimus.

5. Apibendrinimas. Namų darbai

Pagrindinio mokytojo, studentų paskyrimas.

Užsiėmimų metu

    Pamokos organizacinis momentas(sveikinimas, mokinių pasirengimo pamokai patikrinimas)

Šiandien pamokoje aptarsime įvairius požiūrius į pasaulio struktūrą, iš kurios dalelių susideda viskas, kas mus supa. Pamoka bus panaši į paskaitą, ir dažniausiai iš jūsų reikalaujama dėmesio.

Pamokos pradžioje noriu atkreipti jūsų dėmesį į dalelių doktrinos atsiradimo istoriją.

2. Žinių atnaujinimas. (V. Aleksakhinos pranešimas „Žinių apie daleles vystymosi istorija“)

2 skaidrė. Antikinis atomizmas- tai pasaulio struktūros samprata, kurią sukūrė senovės mokslininkai. Remiantis Demokrito idėjomis, atomai buvo amžini, nesikeičiantys, nedalomi, dalelės, besiskiriančios forma ir dydžiu, kurios jungdamos ir skirdamos suformavo įvairius kūnus.

3 skaidrė. Dėl to, kad XVII amžiuje mokslininkai Dirakas, Galilėjus ir Niutonas atrado reliatyvumo principą, dinamikos įstatymus, išsaugojimo įstatymus, visuotinės gravitacijos dėsnį, senovės atomizmas smarkiai pasikeitė ir tvirtai įsitvirtino moksle. mechaninis pasaulio vaizdas, kuris buvo pagrįstas gravitacine sąveika - visi kūnai ir dalelės yra jai pavaldūs, nepriklausomai nuo krūvio.

4 skaidrė.Žinios, sukauptos tiriant elektrinius, magnetinius ir optinius reiškinius, paskatino papildyti ir plėtoti pasaulio vaizdą. Taigi XIX amžiuje ir iki XX amžiaus pradžios ji pradėjo dominuoti Elektrodinaminis pasaulio vaizdas... Ji jau svarstė dviejų tipų sąveiką - gravitacinę ir elektromagnetinę. Tačiau jiems nepavyko paaiškinti tik šiluminės spinduliuotės, atomo stabilumo, radioaktyvumo, fotoelektrinio efekto, linijų spektro.

5 skaidrė. Pradžioje atsirado energijos kvantavimo idėja, kurią palaikė Plankas, Einšteinas, Boras, Stoletovas, taip pat Louis de Broglie dalelių bangų dualizmas. Šie atradimai žymėjo atsiradimą pasaulio kvantinio lauko vaizdas, kuriame taip pat buvo pridėta stipri sąveika. Prasidėjo aktyvi elementariųjų dalelių fizikos plėtra.

3. Naujos medžiagos mokymasis

Iki XX amžiaus trisdešimtojo dešimtmečio pasaulio struktūra mokslininkams buvo pateikta paprasčiausiu pavidalu. Jie tikėjo, kad „visas dalelių rinkinys“, sudarantis visą materiją, yra protonas, neutronas ir elektronas. Todėl jie buvo vadinami elementariais. Šios dalelės taip pat apima fotoną - elektromagnetinės sąveikos nešėją.

6 skaidrė.Šiuolaikinis standartinis pasaulio modelis:

Medžiagą sudaro kvarkai, leptonai ir dalelės - sąveikos nešėjai.

Visų elementarių dalelių atveju yra tikimybė aptikti antidaleles.

Bangų korpuso dualizmas. Neapibrėžtumo ir kvantavimo principai.

Stiprią, elektromagnetinę ir silpną sąveiką apibūdina didžiosios suvienijimo teorijos. Liko vieninga gravitacija.

7 skaidrė. Atomo branduolį sudaro hadronai, kuriuos sudaro kvarkai. Hadronai yra dalelės, dalyvaujančios stiprioje sąveikoje.

Hadronų klasifikacija: mezonai susideda iš vieno kvarko, o vienas antikvarko barionų - iš trijų kvarkų - nukleonų (protonų ir neutronų) ir

hiperonai.

8 skaidrė. Kvarkai yra pagrindinės hadronų dalelės. Šiuo metu žinomi 6 skirtingi kvarkų tipai (dažniau sakoma - skoniai). Kvarkai palaiko stiprią sąveiką, dalyvauja stipriame, silpname ir elektromagnetiniame. Jie tarpusavyje keičiasi gluonais, nulinės masės ir nulinio krūvio dalelėmis. Visiems kvarkams yra antikvarkai . Jų negalima laisvai stebėti. Jie turi dalinį elektros krūvį: + 2 / 3e -vadinami U -kvarkais (aukštyn) ir -1 / 3e -d -kvarkais (žemyn).

Elektrono kvarko sudėtis - uud, protono kvarko kompozicija - udd

9 skaidrė. Dalelės, kurios nėra branduolio dalis, yra leptonai. Leptonai yra pagrindinės dalelės, kurios nedalyvauja stiprioje sąveikoje. Šiandien žinoma 6 leptonai ir 6 jų dalelės.

Visos dalelės turi antidaleles. Leptonai ir jų dalelės: elektronas ir pozitronas su jais, elektronų neutrinas ir antineutrinas. Muonas ir anti-muonas su jais muono neutrinas ir antineutrinas. Taonas ir antitaonas - taono neutrino ir antineutrino.

10 skaidrė. Visos sąveikos gamtoje yra keturių tipų apraiškos esminės sąveikos tarp pagrindinių dalelių - leptonų ir kvarkų.

Stipri sąveika paveikti kvarkai, o jo nešėjai - gluonai. Jis sujungia juos, sudarydamas protonus, neutronus ir kitas daleles. Tai netiesiogiai veikia protonų jungimąsi atominiuose branduoliuose.

Elektromagnetinė sąveika veikiamos įkrautos dalelės. Šiuo atveju veikiamos elektromagnetinių jėgų pačios dalelės nesikeičia, o įgyja tik atbaidymo savybę panašių krūvių atveju.

Silpna sąveika paveikti kvarkai ir leptonai. Garsiausias silpnos sąveikos efektas yra žemutinio kvarko pavertimas aukštyn, o tai savo ruožtu sukelia neutrono skilimą į protoną, elektroną ir antineutriną.

Viena iš esminių silpnos sąveikos rūšių yra Higso sąveika... Remiantis prielaidomis, Higso laukas (pilkas fonas) užpildo visą skysčio erdvę, apribodamas silpnų sąveikų diapazoną. Be to, Higso bozonas sąveikauja su kvarkomis ir leptonais, užtikrindamas jų masės egzistavimą.

Gravitacinė sąveika. Tai silpniausia žinoma. Tai apima visas be išimties daleles ir visų rūšių sąveikos nešėjus. Tai atliekama keičiantis gravitonais - vienintelėmis eksperimentiškai dar neatrastomis dalelėmis. Gravitacinė sąveika visada traukia.

11 skaidrė. Daugelis fizikų tikisi, kad, kaip ir buvo įmanoma sujungti elektromagnetinę ir silpnąją sąveiką į elektrinį silpnumą, laikui bėgant bus galima sukurti teoriją, apjungiančią visas žinomas sąveikos rūšis, kurios pavadinimas yra „Didysis susivienijimas“.

4 . Žinių įtvirtinimas.

Pirminis įtvirtinimas(J. Gordienko pristatymas „Didelis hadronų greitintuvas". Šiuolaikiniai mokslininkai stengiasi patobulinti dalelių tyrimo procesą, kad pasiektų naujų mokslo ir technologijų pažangos atradimų. Tam statomi grandioziniai tyrimų centrai ir greitintuvai. Vienas iš tokių grandiozinės struktūros yra didysis hadronų greitintuvas.

Galutinis konsolidavimas(darbas grupėje: atsakymai į vadovėlio klausimus)

Jūs esate suskirstytas į dvi grupes: 1 ir 2 eilutes. Lakštuose turite užduotį: turite atsakyti į klausimus, o atsakymus rasite vadovėlio 28 pastraipoje (p. 196 - 198).

Pirmosios grupės užduotys:

    Kiek yra pagrindinių dalelių? (48)

    Elektrono kvarkų sudėtis? (naujienos)

    Išvardykite dvi stipriausias sąveikas (stiprią ir elektromagnetinę)

    Bendras gluonų skaičius? (aštuoni)

Antrosios grupės užduotys:

    Kiek dalelių yra visatos širdyje? (61)

    Protono kvarko sudėtis? (udd)

    Išvardykite dvi silpniausias sąveikas (silpną ir gravitacinę)

    Kokios dalelės atlieka elektromagnetinę sąveiką? (fotonas)

Grupės vadovai balsuoja atsakydami į klausimus ir keisdamiesi kortelėmis.

    Pamokos santrauka.

Jūs susipažinote su kai kuriais šiuolaikinės fizikos raidos aspektais ir dabar turite elementarių idėjų apie tai, kokia kryptimi vystosi mūsų mokslas ir kodėl mums to reikia.

6. Namų darbai. 28 punktas.

Pirmosios grupės užduotys:

1. Kiek iš viso yra pagrindinių dalelių? ______________

2. Elektrono kvarkų sudėtis? ____________

3. Išvardykite dvi stipriausias sąveikas ______

4. Bendras gluonų skaičius? _______

___________________________________________________________________

Antrosios grupės užduotys:

1. Kiek dalelių yra visatos širdyje? ________

2. Protono kvarko sudėtis? ___________

___________________________________________________________________

Pirmosios grupės užduotys:

1. Kiek iš viso yra pagrindinių dalelių? __________

2. Elektrono kvarkų sudėtis? __________

3. Išvardinkite dvi stipriausias sąveikas __________________________________________________________________________

4. Bendras gluonų skaičius? _________

___________________________________________________________________

Antrosios grupės užduotys:

1. Kiek dalelių yra visatos širdyje? ____________

2. Protono kvarko sudėtis? _____________

3. Išvardykite dvi silpniausias sąveikas ______________________

4. Kokios dalelės atlieka elektromagnetinę sąveiką? ______

___________________________________________________________________

Pirmosios grupės užduotys:

1. Kiek iš viso yra pagrindinių dalelių? _____________

2. Elektrono kvarkų sudėtis? ______________

3. Išvardykite dvi stipriausias sąveikas ________________________________________________________________________

4. Bendras gluonų skaičius? _____

___________________________________________________________________

Antrosios grupės užduotys:

1. Kiek dalelių yra visatos širdyje? ______

2. Protono kvarko sudėtis? _________

3. Išvardykite dvi silpniausias sąveikas _______________________

4. Kokios dalelės atlieka elektromagnetinę sąveiką? _______

Įkeliama ...Įkeliama ...