Elementærpartikler og deres felt abstrakte. Fysikk av elementærpartikler. Atom- og kjernefysikk

Klasse: 11

Klasse: 11

Leksjonstype: leksjon av studier og primær konsolidering av ny kunnskap

Undervisningsmetode: foredrag

Form for elevaktivitet: frontal, kollektiv, individuell

Hensikten med leksjonen: utvide elevenes forståelse av materiens struktur; vurdere hovedstadiene i utviklingen av elementær partikkelfysikk; gi en idé om elementærpartikler ah og deres egenskaper.

Leksjonens mål:

Pedagogisk: å introdusere studentene til begrepet en elementær partikkel, typologien til elementærpartikler, samt metoder for å studere egenskapene til elementarpartikler;
Utviklingsmessig: å utvikle den kognitive interessen til elevene, sikre deres gjennomførbare involvering i aktiv kognitiv aktivitet;
Pedagogisk: utdanning av universelle menneskelige egenskaper - bevissthet om oppfatningen av vitenskapelige prestasjoner i verden; utvikle nysgjerrighet og utholdenhet.

Utstyr til timen:

Didaktisk materiale: lærebokmateriell, kort med prøver og tabeller

Visuelle hjelpemidler: presentasjon

1. Organisering av begynnelsen av timen.

Lærerens aktiviteter: Gjensidige hilsener mellom lærer og elever, fikse elever, sjekke elevenes beredskap for timen. Organisering av oppmerksomhet og inkludering av studenter i virksomhetens arbeidsrytme.

organisering av oppmerksomhet og inkludering i den forretningsmessige arbeidsrytmen.

2. Forberedelse til hovedstadiet i timen.

Lærerens aktiviteter: I dag vil vi begynne å studere en ny del av "Kvantefysikk" - "Elementærpartikler". I dette kapittelet skal vi snakke om de primære, uoppløselige partiklene som all materie er bygget av, om elementærpartikler.

Hovedoppgaven til elementærpartikkelfysikk er studiet av elementærpartiklers natur, egenskaper og gjensidige transformasjoner.

Det vil også være vår hovedoppgave i å studere fysikken til elementærpartikler.

3. Assimilering av ny kunnskap og handlingsmetoder.

Lærerens aktiviteter: Leksjonsemne: "Utviklingsstadier av elementærpartikkelfysikk." I denne leksjonen skal vi se på følgende spørsmål:

Historien om utviklingen av ideer om at verden består av elementære partikler
Hva er elementærpartikler?
Hvordan kan man få en isolert elementær partikkel og er det mulig?
Typologi av partikler.

Ideen om at verden er laget av fundamentale partikler har en lang historie. I dag er det tre stadier i utviklingen av elementærpartikkelfysikk.

La oss åpne læreboken. La oss bli kjent med navnene på stadiene og tidsrammer.

Forutsagt elevaktivitet:

Trinn 1. Fra elektron til positron: 1897 - 1932.

Trinn 2. Fra positron til kvarker: 1932 - 1964.

Trinn 3. Fra kvarkhypotesen (1964) til i dag.

Lærerens aktiviteter:

1. stadie.

Elementært, dvs. den enkleste, videre udelelige, dette er hvordan den berømte antikke greske vitenskapsmannen Demokritos forestilte seg atomet. La meg minne deg på at ordet "atom" i oversettelse betyr "udelelig". For første gang ble ideen om eksistensen av små, usynlige partikler som utgjør alle omkringliggende objekter uttrykt av Democritus 400 år f.Kr. Vitenskapen begynte å bruke begrepet atomer bare i tidlig XIXårhundre, da det på dette grunnlag var mulig å forklare en rekke kjemiske fenomener. Og på slutten av dette århundret ble det oppdaget kompleks struktur atom. I 1911 ble atomkjernen oppdaget (E. Rutherford) og det ble endelig bevist at atomer har en kompleks struktur.

La oss huske gutta: hvilke partikler er en del av atomet og kort karakteriserer dem?

Forutsagt elevaktivitet:

Lærerens aktiviteter: folkens, kanskje noen av dere husker: av hvem og i hvilke år ble elektronet, protonet og nøytronet oppdaget?

Forutsagt elevaktivitet:

Elektron. I 1898 beviste J. Thomson realiteten av eksistensen av elektroner. I 1909 målte R. Millikan først ladningen til et elektron.

Proton. I 1919 oppdaget E. Rutherford, mens han bombarderte nitrogen med partikler, en partikkel hvis ladning var lik ladningen til et elektron, og hvis masse var 1836 ganger større enn elektronets masse. Partikkelen ble kalt proton.

Nøytron. Rutherford antydet også eksistensen av en ladningsløs partikkel hvis masse er lik massen til et proton.

I 1932 oppdaget D. Chadwick partikkelen som Rutherford hadde foreslått og kalte den nøytronet.

Lærerens aktiviteter: Etter oppdagelsen av protonet og nøytronet ble det klart at atomkjernene, som selve atomene, har en kompleks struktur. Proton-nøytronteorien om strukturen til kjerner oppsto (D. D. Ivanenko og V. Heisenberg).

På 30-tallet av 1800-tallet, i elektrolyseteorien utviklet av M. Faraday, dukket begrepet -ion opp og den elementære ladningen ble målt. Slutten av det 19. århundre - i tillegg til oppdagelsen av elektronet, ble preget av oppdagelsen av fenomenet radioaktivitet (A. Becquerel, 1896). I 1905 oppsto begrepet kvante i fysikken. elektromagnetisk felt- fotoner (A. Einstein).

La oss huske: hva er et foton?

Forutsagt elevaktivitet: Foton(eller kvante av elektromagnetisk stråling) er en elementær lyspartikkel, elektrisk nøytral, blottet for hvilemasse, men som har energi og momentum.

Lærerens aktiviteter:åpne partikler ble ansett som udelelige og uforanderlige primære essenser, universets grunnleggende byggesteiner. Denne oppfatningen varte imidlertid ikke lenge.

Trinn 2.

På 1930-tallet ble de gjensidige transformasjonene av protoner og nøytroner oppdaget og studert, og det ble klart at disse partiklene heller ikke er naturens uforanderlige elementære «byggesteiner».

For tiden er rundt 400 subnukleære partikler kjent (partiklene som utgjør atomer, som vanligvis kalles elementære). De aller fleste av disse partiklene er ustabile (elementærpartikler forvandles til hverandre).

De eneste unntakene er foton, elektron, proton og nøytrino.

Fotonet, elektronet, protonet og nøytrinoet er stabile partikler (partikler som kan eksistere i fri tilstand på ubestemt tid), men hver av dem kan, når de interagerer med andre partikler, bli til andre partikler.

Alle andre partikler gjennomgår spontane transformasjoner til andre partikler med visse intervaller, og dette hovedfaktum deres eksistens.

Jeg nevnte en partikkel til - nøytrinoen. Hva er hovedkarakteristikkene til denne partikkelen? Av hvem og når ble det oppdaget?

Forutsagt aktivitet til eleven: Nøytrino er en partikkel uten elektrisk ladning og hvilemassen er 0. Eksistensen av denne partikkelen ble spådd i 1931 av W. Pauli, og i 1955 ble partikkelen eksperimentelt registrert. Manifesterer seg som et resultat av nøytronforfall:

Lærerens aktiviteter: Ustabile elementærpartikler er svært forskjellige i deres levetid.

Den lengstlevende partikkelen er nøytronet. Nøytronlevetiden er omtrent 15 minutter.

Andre partikler "lever" i mye kortere tid.

Det er flere dusin partikler med en levetid på over 10-17 s. På skalaen til mikrokosmos er dette en betydelig tid. Slike partikler kalles relativt stabil .

Flertall Kortlevd elementærpartikler har levetider i størrelsesorden 10 -22 -10 -23 s.

Evnen til gjensidige transformasjoner er den viktigste egenskapen til alle elementærpartikler.

Elementærpartikler er i stand til å skapes og ødelegges (smittes ut og absorberes). Dette gjelder også for stabile partikler, med den eneste forskjellen at transformasjoner av stabile partikler ikke skjer spontant, men gjennom interaksjon med andre partikler.

Et eksempel vil være utslettelse (dvs. forsvinning) elektron og positron, ledsaget av fødselen av høyenergifotoner.

Et positron er (en antipartikkel av et elektron) en positivt ladet partikkel som har samme masse og samme (i absolutt verdi) ladning som et elektron. Vi vil snakke om dens egenskaper mer detaljert i neste leksjon. La oss bare si at eksistensen av positronet ble forutsagt av P. Dirac i 1928, og oppdaget i 1932 i kosmiske stråler K. Anderson.

I 1937 ble det oppdaget partikler med en masse på 207 elektronmasser i kosmiske stråler, kalt myoner (-mesoner). Gjennomsnittlig levetid for en meson er 2,2 * 10 -6 s.

Så i 1947-1950 åpnet de peoner (dvs. -mesoner). Gjennomsnittlig levetid for en nøytral -meson er 0,87·10 -16 s.

I de påfølgende årene begynte antallet nyoppdagede partikler å vokse raskt. Dette ble tilrettelagt av forskning på kosmiske stråler, utvikling av akseleratorteknologi og studiet av kjernefysiske reaksjoner.

Moderne akseleratorer er nødvendige for å utføre prosessen med å lage nye partikler og studere egenskapene til elementærpartikler. De første partiklene akselereres i akseleratoren til høye energier "på kollisjonskurs" og kolliderer med hverandre på et bestemt sted. Hvis energien til partiklene er høy, blir mange nye partikler, vanligvis ustabile, født under kollisjonsprosessen. Disse partiklene, som spres fra kollisjonspunktet, går i oppløsning til mer stabile partikler, som registreres av detektorer. For hver slik kollisjonshandling (fysikere sier: for hver hendelse) - og de registreres i tusenvis per sekund! - Eksperimentører bestemmer som et resultat kinematiske variabler: verdiene til impulsene og energiene til de "fangede" partiklene, så vel som banene deres (se figuren i læreboken). Ved å samle mange hendelser av samme type og studere fordelingen av disse kinematiske størrelsene, rekonstruerer fysikere hvordan interaksjonen skjedde og hvilken type partikler de resulterende partiklene kan tilskrives.

Trinn 3.

Elementærpartikler er kombinert i tre grupper: fotoner , leptoner Og hadroner (Vedlegg 2).

Gutter, liste meg opp partiklene som tilhører gruppen av fotoner.

Forutsagt elevaktivitet: Til gruppen fotoner refererer til en enkelt partikkel - et foton

Lærerens aktiviteter: neste gruppe består av lette partikler leptoner.

Forutsagt elevaktivitet: denne gruppen inkluderer to typer nøytrinoer (elektron og myon), elektron og?-meson

Lærerens aktiviteter: Leptoner inkluderer også en rekke partikler som ikke er oppført i tabellen.

Den tredje store gruppen består av tunge partikler kalt hadroner. Denne gruppen er delt inn i to undergrupper. Lettere partikler danner en undergruppe mesoner .

Forutsagt elevaktivitet: de letteste av dem er positivt og negativt ladet, så vel som nøytrale -mesoner. Pioner er kvanta av kjernefysiske felt.

Lærerens aktiviteter: andre undergruppe - baryoner - inkluderer tyngre partikler. Det er den mest omfattende.

Forutsagt elevaktivitet: De letteste baryonene er nukleoner - protoner og nøytroner.

Lærerens aktiviteter: de etterfølges av de såkalte hyperonene. Omega-minus-hyperon, oppdaget i 1964, lukker bordet.

Overfloden av oppdagede og nyoppdagede hadroner førte til at forskere trodde at de alle var bygget av noen andre mer fundamentale partikler.

I 1964 la den amerikanske fysikeren M. Gell-Man frem en hypotese, bekreftet av senere forskning, om at alle tunge fundamentale partikler – hadroner – er bygget av mer fundamentale partikler kalt kvarker.

Fra et strukturelt synspunkt består elementarpartiklene som utgjør atomkjerner (nukleoner), og generelt alle tunge partikler - hadroner (baryoner og mesoner) - av enda enklere partikler, som vanligvis kalles fundamentale. Denne rollen som virkelig grunnleggende primærelementer i materie spilles av kvarker, hvis elektriske ladning er lik +2/3 eller -1/3 av enhetens positive ladning til et proton.

De vanligste og lette kvarkene kalles opp og ned og betegnes henholdsvis u (fra engelsk opp) og d (ned). Noen ganger kalles de også proton- og nøytronkvarker på grunn av at protonet består av en kombinasjon av uud, og nøytronet - udd. Toppkvarken har en ladning på +2/3; bunn - negativ ladning -1/3. Siden et proton består av to opp-kvarker og én ned-kvarker, og et nøytron består av én opp- og to ned-kvarker, kan du uavhengig bekrefte at den totale ladningen til et proton og et nøytron er strengt tatt lik 1 og 0.

De to andre parene kvarker er en del av mer eksotiske partikler. Kvarker fra det andre paret kalles sjarmert - c (fra sjarmert) og merkelig - s (fra merkelig).

Det tredje paret består av sanne - t (fra sannhet, eller i engelsk tradisjon øverst) og vakre - b (fra skjønnhet, eller i engelsk tradisjon nederst) kvarker.

Nesten alle partikler som består av ulike kombinasjoner av kvarker er allerede oppdaget eksperimentelt

Med aksept av kvarkhypotesen var det mulig å lage et harmonisk system av elementærpartikler. Tallrike søk etter kvarker i fri tilstand, utført ved høyenergiakseleratorer og i kosmiske stråler, har vært mislykket. Forskere tror at en av årsakene til at frie kvarker ikke kan observeres kanskje er deres veldig store masse. Dette forhindrer fødselen av kvarker ved energier som oppnås i moderne akseleratorer.

I desember 2006 ble imidlertid en merkelig melding om oppdagelsen av "frie toppkvarker" sendt på tvers av vitenskapelige nyhetsbyråer og media.

4. Innledende sjekk av forståelse.

Lærerens aktiviteter: så folkens, vi har dekket:

hovedstadier i utviklingen av partikkelfysikk
funnet ut hvilken partikkel som kalles elementær
ble kjent med partiklers typologi.

I neste leksjon skal vi se på:

mer detaljert klassifisering elementærpartikler
typer interaksjoner mellom elementærpartikler
antipartikler.

Og nå foreslår jeg at du tar en test for å gjenopplive hovedpunktene i materialet vi har studert (vedlegg 3).

5. Oppsummering av leksjonen.

Lærerens aktiviteter: Å gi karakterer til de mest aktive elevene.

6. Hjemmelekser

Lærerens aktiviteter:

1. s. 115, s. 347

2. omriss av avsnittet i henhold til planen som er registrert i leksjonen.

Fysikere oppdaget eksistensen av elementærpartikler når de studerte kjernefysiske prosesser, så frem til midten av 1900-tallet var elementærpartikkelfysikk en gren av kjernefysikk. For tiden er elementær partikkelfysikk og kjernefysikk nære, men uavhengige grener av fysikk, forent av fellesheten til mange problemer som vurderes og forskningsmetodene som brukes. Hovedoppgaven til elementærpartikkelfysikk er studiet av elementærpartiklers natur, egenskaper og gjensidige transformasjoner.
Ideen om at verden er laget av fundamentale partikler har en lang historie. For første gang ble ideen om eksistensen av de minste usynlige partiklene som utgjør alle omkringliggende gjenstander uttrykt 400 år f.Kr. av den greske filosofen Demokrit. Han kalte disse partiklene atomer, det vil si udelelige partikler. Vitenskapen begynte å bruke ideen om atomer først på begynnelsen av 1800-tallet, da det på dette grunnlaget var mulig å forklare en rekke kjemiske fenomener. På 30-tallet av 1800-tallet, i teorien om elektrolyse utviklet av M. Faraday, dukket begrepet et ion opp og den elementære ladningen ble målt. Slutten av 1800-tallet ble preget av oppdagelsen av fenomenet radioaktivitet (A. Becquerel, 1896), samt oppdagelsene av elektroner (J. Thomson, 1897) og alfapartikler (E. Rutherford, 1899). I 1905 oppsto ideen om elektromagnetiske feltkvanter - fotoner (A. Einstein) i fysikk.
I 1911 ble atomkjernen oppdaget (E. Rutherford) og det ble endelig bevist at atomer har en kompleks struktur. I 1919 oppdaget Rutherford protoner i fisjonsproduktene til atomkjerner av en rekke grunnstoffer. I 1932 oppdaget J. Chadwick nøytronet. Det ble klart at atomkjernene, som selve atomene, har en kompleks struktur. Proton-nøytronteorien om strukturen til kjerner oppsto (D. D. Ivanenko og V. Heisenberg). I samme 1932 ble et positron oppdaget i kosmiske stråler (K. Anderson). Et positron er en positivt ladet partikkel som har samme masse og samme (modulo) ladning som et elektron. Eksistensen av positronet ble forutsagt av P. Dirac i 1928. I løpet av disse årene ble de gjensidige transformasjonene av protoner og nøytroner oppdaget og studert, og det ble klart at disse partiklene heller ikke er naturens uforanderlige elementære "byggesteiner". I 1937 ble partikler med en masse på 207 elektronmasser, kalt myoner (μ-mesons), oppdaget i kosmiske stråler. Så, i 1947–1950, ble det oppdaget pioner (dvs. π-mesoner), som iht. moderne ideer, utføre interaksjonen mellom nukleoner i kjernen. I de påfølgende årene begynte antallet nyoppdagede partikler å vokse raskt. Dette ble tilrettelagt av forskning på kosmiske stråler, utvikling av akseleratorteknologi og studiet av kjernefysiske reaksjoner.
For tiden er rundt 400 subnukleære partikler kjent, som vanligvis kalles elementære. De aller fleste av disse partiklene er ustabile. De eneste unntakene er foton, elektron, proton og nøytrino. Alle andre partikler gjennomgår spontane transformasjoner til andre partikler med visse intervaller. Ustabile elementærpartikler er svært forskjellige i deres levetid. Den lengstlevende partikkelen er nøytronet. Nøytronlevetiden er omtrent 15 minutter. Andre partikler "lever" i mye kortere tid. For eksempel er gjennomsnittlig levetid for en μ-meson 2,2·10–6 s, og den for en nøytral π-meson er 0,87·10–16 s. Mange massive partikler - hyperoner - har en gjennomsnittlig levetid i størrelsesorden 10–10 s.
Det er flere dusin partikler med en levetid på over 10–17 s. På skalaen til mikrokosmos er dette en betydelig tid. Slike partikler kalles relativt stabile. De fleste kortlivede elementærpartikler har levetider i størrelsesorden 10–22–10–23 s.
Evnen til å gjennomgå gjensidige transformasjoner er den viktigste egenskapen til alle elementærpartikler. Elementærpartikler er i stand til å skapes og ødelegges (smittes ut og absorberes). Dette gjelder også for stabile partikler, med den eneste forskjellen at transformasjoner av stabile partikler ikke skjer spontant, men gjennom interaksjon med andre partikler. Et eksempel er utslettelse (dvs. forsvinning) av et elektron og et positron, ledsaget av fødselen av høyenergifotoner. Den omvendte prosessen kan også oppstå - fødselen av et elektron-positron-par, for eksempel når et foton med tilstrekkelig høy energi kolliderer med en kjerne. Protonet har også en så farlig tvilling som positronet for elektronet. Det kalles et antiproton. Den elektriske ladningen til antiprotonet er negativ. Foreløpig er det funnet antipartikler i alle partikler. Antipartikler er i motsetning til partikler fordi når en hvilken som helst partikkel møter sin antipartikkel, skjer deres utslettelse, dvs. begge partiklene forsvinner og blir til strålingskvanter eller andre partikler.
Antipartiklen er til og med funnet i nøytronet. Nøytronet og antinøytronet skiller seg bare i tegnene til det magnetiske momentet og den såkalte baryonladningen. Eksistensen av antimaterieatomer er mulig, hvis kjerner består av antinukleoner og skallet av positroner. Når antimaterie tilintetgjør med materie, blir resten av energien omdannet til energien til strålingskvanta. Dette enorm energi, betydelig over det som frigjøres under kjernefysiske og termonukleære reaksjoner.
I mangfoldet av elementærpartikler som er kjent til dags dato, finnes et mer eller mindre harmonisk klassifiseringssystem. I tabellen 9.9.1 gir noe informasjon om egenskapene til elementærpartikler med en levetid på mer enn 10–20 s. Av de mange egenskapene som karakteriserer en elementær partikkel, viser tabellen bare partikkelens masse (i elektronmasser), elektrisk ladning (i enheter av elementær ladning) og vinkelmomentum (det såkalte spinn) i enheter av Plancks konstant ħ = h / 2π. Tabellen viser også gjennomsnittlig partikkellevetid.
Gruppe
Partikkelnavn
Symbol
Masse (i elektroniske masser)
Elektrisk ladning
Snurre rundt
Levetid (er)
Partikkel
Antipartikkel
Fotoner
Foton
γ

Stabil
Leptoner
Nøytrino-elektron
νe

1 / 2
Stabil
Nøytrino myon
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
Hadroner
Mesoner
Pi mesoner
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
K-mesoner
K+
K –
966,4
1 –1

1,24∙10–8
K 0

≈ 10–10–10–8
Eta-null-meson
η0

≈ 10–18
Baryoner
Proton
s

1836,1
1 –1
1 / 2
Stabil
Nøytron
n

Lambda hyperon
Λ0

1 / 2
2,63∙10–10
Sigma hyperoner
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-hyperoner
Ξ 0

1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –

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

–1 1
1 / 2
0,82∙10–11

Tabell 9.9.1.
Elementærpartikler er kombinert i tre grupper: fotoner, leptoner og hadroner.
Gruppen av fotoner inkluderer en enkelt partikkel - et foton, som er bæreren for elektromagnetisk interaksjon.
Den neste gruppen består av lette leptoniske partikler. Denne gruppen inkluderer to typer nøytrinoer (elektron og myon), elektron og μ-meson. Leptoner inkluderer også en rekke partikler som ikke er oppført i tabellen. Alle leptoner har spinn
Den tredje store gruppen består av tunge partikler kalt hadroner. Denne gruppen er delt inn i to undergrupper. Lettere partikler utgjør en undergruppe av mesoner. De letteste av dem er positivt og negativt ladet, samt nøytrale π-mesoner med masser i størrelsesorden 250 elektronmasser (tabell 9.9.1). Pioner er kvanter av kjernefeltet, akkurat som fotoner er kvanter av det elektromagnetiske feltet. Denne undergruppen inkluderer også fire K mesoner og en η0 meson. Alle mesoner har et spinn lik null.
Den andre undergruppen - baryoner - inkluderer tyngre partikler. Det er den mest omfattende. De letteste baryonene er nukleoner - protoner og nøytroner. De blir fulgt av de såkalte hyperonene. Omega-minus hyperonet, oppdaget i 1964, lukker bordet.Det er en tung partikkel med en masse på 3273 elektronmasser. Alle baryoner har spinn
Overfloden av oppdagede og nyoppdagede hadroner førte til at forskere trodde at de alle var bygget av noen andre mer fundamentale partikler. I 1964 la den amerikanske fysikeren M. Gell-Man frem en hypotese, bekreftet av senere forskning, om at alle tunge fundamentale partikler – hadroner – er bygget av mer fundamentale partikler kalt kvarker. Basert på kvarkhypotesen ble ikke bare strukturen til allerede kjente hadroner forstått, men eksistensen av nye ble også forutsagt. Gell-Manns teori antok eksistensen av tre kvarker og tre antikvarker, som forbinder med hverandre i forskjellige kombinasjoner. Dermed består hver baryon av tre kvarker, og hver antibaryon består av tre antikvarker. Mesoner består av kvark-antikvark-par.
Med aksept av kvarkhypotesen var det mulig å lage et harmonisk system av elementærpartikler. Imidlertid viste de forutsagte egenskapene til disse hypotetiske partiklene seg å være ganske uventede. Den elektriske ladningen til kvarker skal uttrykkes brøktall, lik den elementære ladningen.
Tallrike søk etter kvarker i fri tilstand, utført ved høyenergiakseleratorer og i kosmiske stråler, har vært mislykket. Forskere tror at en av årsakene til at frie kvarker ikke kan observeres kanskje er deres veldig store masse. Dette forhindrer fødselen av kvarker ved energier som oppnås i moderne akseleratorer. Imidlertid er de fleste eksperter nå sikre på at kvarker finnes inne i tunge partikler - hadroner.
Grunnleggende interaksjoner. Prosessene som ulike elementærpartikler deltar i, er svært forskjellige i deres karakteristiske tider og energier. I følge moderne konsepter er det fire typer interaksjoner i naturen som ikke kan reduseres til andre, enklere typer interaksjoner: sterke, elektromagnetiske, svake og gravitasjonsmessige. Disse typer interaksjoner kalles fundamentale.
Den sterke (eller kjernefysiske) interaksjonen er den mest intense av alle typer interaksjoner. De forårsaker en usedvanlig sterk binding mellom protoner og nøytroner i atomkjernene. Bare tunge partikler – hadroner (mesoner og baryoner) – kan ta del i sterke interaksjoner. Sterk interaksjon manifesterer seg ved avstander i størrelsesorden mindre enn 10–15 m. Derfor kalles det kortdistanse.
Elektromagnetisk interaksjon. Eventuelle elektrisk ladede partikler, så vel som fotoner - kvanta av det elektromagnetiske feltet, kan ta del i denne typen interaksjon. Elektromagnetisk interaksjon er spesielt ansvarlig for eksistensen av atomer og molekyler. Det bestemmer mange egenskaper til stoffer i fast, flytende og gassform. Coulomb frastøting av protoner fører til ustabilitet av kjerner med store massetall. Elektromagnetisk interaksjon bestemmer prosessene for absorpsjon og emisjon av fotoner av atomer og molekyler av materie og mange andre prosesser i fysikken til mikro- og makroverdenen.
Svak interaksjon er den tregeste av alle interaksjoner som forekommer i mikrokosmos. Alle elementærpartikler unntatt fotoner kan ta del i den. Svak interaksjon er ansvarlig for prosesser som involverer nøytrinoer eller antinøytrinoer, for eksempel nøytronbeta-forfall

Samt nøytrinofrie partikkelnedbrytningsprosesser med stor tid levetid (τ ≥ 10–10 s).
Gravitasjonsinteraksjon er iboende i alle partikler uten unntak, men på grunn av de små massene av elementærpartikler er kreftene til gravitasjonsinteraksjonen mellom dem ubetydelige og deres rolle i prosessene til mikroverdenen er ubetydelig. Gravitasjonskrefter spiller en avgjørende rolle i samspillet mellom kosmiske objekter (stjerner, planeter, etc.) med deres enorme masser.
På 30-tallet av 1900-tallet oppsto en hypotese om at i elementærpartiklers verden utføres interaksjoner gjennom utveksling av kvanter i et eller annet felt. Denne hypotesen ble opprinnelig fremsatt av våre landsmenn I. E. Tamm og D. D. Ivanenko. De foreslo at grunnleggende interaksjoner oppstår fra utveksling av partikler, akkurat som den kovalente kjemiske bindingen til atomer oppstår fra utveksling av valenselektroner som kombineres på ufylte elektronskall.
Interaksjonen som utføres ved utveksling av partikler kalles utvekslingsinteraksjon i fysikk. For eksempel oppstår elektromagnetisk interaksjon mellom ladede partikler på grunn av utveksling av fotoner - kvanta av det elektromagnetiske feltet.
Teorien om utvekslingsinteraksjon fikk anerkjennelse etter at den japanske fysikeren H. Yukawa teoretisk viste i 1935 at den sterke interaksjonen mellom nukleoner i atomkjernene kan forklares hvis vi antar at nukleoner utveksler hypotetiske partikler kalt mesoner. Yukawa beregnet massen til disse partiklene, som viste seg å være omtrent lik 300 elektronmasser. Partikler med en slik masse ble senere faktisk oppdaget. Disse partiklene kalles π-mesoner (pioner). For tiden er tre typer pioner kjent: π+, π– og π0 (se tabell 9.9.1).
I 1957 ble eksistensen av tunge partikler, de såkalte vektorbosonene W+, W– og Z0, teoretisk forutsagt, noe som forårsaket utvekslingsmekanismen til den svake interaksjonen. Disse partiklene ble oppdaget i 1983 i akseleratoreksperimenter ved bruk av kolliderende stråler av høyenergiprotoner og antiprotoner. Oppdagelsen av vektorbosoner var veldig viktig prestasjon partikkelfysikk. Denne oppdagelsen markerte suksessen til teorien, som kombinerte de elektromagnetiske og svake kreftene til en enkelt såkalt elektrosvak kraft. Denne nye teorien betrakter det elektromagnetiske feltet og det svake interaksjonsfeltet som forskjellige komponenter i det samme feltet, der vektorbosoner deltar sammen med det elektromagnetiske feltkvanten.
Etter denne oppdagelsen i moderne fysikk er tilliten til at alle typer interaksjon er nært knyttet til hverandre og i hovedsak er ulike manifestasjoner noe enhetlig felt. Imidlertid forblir foreningen av alle interaksjoner bare en attraktiv vitenskapelig hypotese.
Teoretiske fysikere gjør betydelig innsats i forsøk på å vurdere på en enhetlig basis ikke bare det elektromagnetiske og svake, men også det sterke samspillet. Denne teorien ble kalt den store foreningen. Forskere foreslår at gravitasjonsinteraksjon også bør ha sin egen bærer - en hypotetisk partikkel kalt graviton. Imidlertid er denne partikkelen ennå ikke oppdaget.
Det anses nå som bevist at et enkelt felt som forener alle typer interaksjoner bare kan eksistere ved ekstremt høye partikkelenergier, uoppnåelige med moderne akseleratorer. Partikler kunne ha så høye energier bare i de veldig tidlige stadiene av universets eksistens, som oppsto som et resultat av det såkalte Big Bang. Kosmologi – studiet av universets utvikling – antyder at Big Bang skjedde for 18 milliarder år siden. I standardmodellen for universets utvikling antas det at i den første perioden etter eksplosjonen kunne temperaturen nå 1032 K, og partikkelenergien E = kT kunne nå 1019 GeV. I denne perioden eksisterte materie i form av kvarker og nøytrinoer, og alle typer interaksjoner ble kombinert til et enkelt kraftfelt. Gradvis, etter hvert som universet utvidet seg, avtok partikkelenergien, og fra det enhetlige feltet av interaksjoner dukket først gravitasjonsinteraksjonen opp (ved partikkelenergier ≤ 1019 GeV), og deretter ble den sterke interaksjonen skilt fra den elektrosvake interaksjonen (ved energier av orden på 1014 GeV). Ved energier i størrelsesorden 103 GeV viste alle fire typer grunnleggende interaksjoner seg å være atskilt. Samtidig med disse prosessene fant dannelsen av mer komplekse former for materie sted - nukleoner, lette kjerner, ioner, atomer osv. Kosmologien prøver i sin modell å spore universets utvikling på ulike stadier dens utvikling fra Big Bang til i dag, basert på lovene i elementær partikkelfysikk, samt kjernefysikk og atomfysikk.

Tilbake fremover

Merk følgende! Lysbildeforhåndsvisninger er kun til informasjonsformål og representerer kanskje ikke alle funksjonene i presentasjonen. Hvis du er interessert denne jobben, last ned fullversjonen.

Undervisningen gjennomføres i 11. klasse og er beregnet på 2 akademiske timer og er delt inn i flere blokker:

egenskaper som beskriver tilstanden til et elektron i et atom;

Hver av disse blokkene kan vurderes både individuelt og samlet. Dermed kan blokken «Stages of development of elementary partikkelfysikk» (lysbilde 1-5) vurderes i 9. klasse når man studerer det aktuelle emnet på et introduksjonsnivå. Også i klasse 9 kan du bruke blokken «Metoder for registrering av elementærpartikler» (lysbilde 29-31) når du organiserer elevenes arbeid med læreboka. Blokken «Typer av samhandling og deres egenskaper» (lysbilde 11-15) kan brukes i de første timene i 10. klasse.

Før de studerer emnet i klasse 11 (en uke), får studentene i oppgave å forberede meldinger på følgende områder:

stadier av utvikling av elementær partikkelfysikk;
typer interaksjoner og deres egenskaper;
metoder for registrering av elementærpartikler.

De har allerede studert disse emnene tidligere (9-10 klassetrinn), så forberedelsene tar ikke mye tid og reiser vanligvis ikke spørsmål. I løpet av timen tar elevene notater i arbeidsbøkene sine basert på meldinger og presentasjonslysbilder. Blokken "Kenskaper som beskriver tilstanden til et elektron i atomer" diskuteres i forelesningsform. Etter hvert som forelesningen skrider frem, skriver studentene kun ned navnene på egenskapene.

Brukte bøker:

Elementær lærebok i fysikk, red. acad. G.S. Landsberg. Bind 3. M.: "Vitenskap", 1975
B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Fysikkkurs. Bind 3. M.: " forskerskolen", 1971
B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf Fysikk: For videregående skoleelever og de som begynner på universiteter. M.: "Bustard", 2000
Læreren din. Fysikk. Interaktive forelesninger. Plate 1. LLC "Multimedia Technologies and Fjernundervisning", 2003
L.Ya. Borevsky Fysikkkurs for det 21. århundre. M.: "MediaHouse", 2003

Leksjonsemne:"Elementærpartikler og deres egenskaper"

Hensikten med leksjonen:

Pedagogisk: få elever som har mestret følgende kunnskap:
- i mikrokosmos skilles tre nivåer ut, som er forskjellige i karakteristiske skalaer og energier (molekylær-atom, kjernefysisk, nivå av elementære partikler);
- i naturen er det omtrent 400 forskjellige elementærpartikler (sammen med antipartikler);
- Det er 4 typer grunnleggende interaksjoner (sterke, elektromagnetiske, svake, gravitasjonsmessige)
- sterk interaksjon er karakteristisk for tunge partikler; i elektromagnetisk er bare elektrisk ladede partikler direkte involvert; svak interaksjon er karakteristisk for alle partikler unntatt fotoner; gravitasjonsinteraksjon er iboende i alle legemer i universet, og manifesterer seg i form av krefter universell gravitasjon;
- grunnleggende interaksjoner varierer i intensitet, handlingsområde, karakteristiske tider, så vel som deres iboende bevaringslover;
- alle elementærpartikler er delt inn i leptoner (fundamental) og hadroner (kompositt);
- hadroner er delt inn i mesoner og baryoner;
Utviklingsmessig: få elever som har lært følgende typer aktiviteter:
- gjenkjenne forskjellige typer grunnleggende interaksjoner i henhold til deres egenskaper;
- utføre klassifisering av elementære partikler;
- skrive ned reaksjoner av transformasjoner av elementærpartikler under hensyntagen til bevaringslover;
- beskrive design og prinsipp for drift av instrumenter for registrering av elementære partikler;
Pedagogisk: få elevene overbevist om at:
- alle elementærpartikler forvandles til hverandre, og disse gjensidige transformasjonene er hovedfaktumet av deres eksistens;
- identifikasjon av den generelle (utvekslings)mekanismen for alle grunnleggende interaksjoner gir håp om muligheten for å konstruere en enhetlig teori som forklarer verdensbildet;
- komponenter materie er: 6 typer kvarker og 6 leptoner, interaksjonen mellom disse utføres på grunn av utveksling av tilsvarende bærere av interaksjoner (foton, 8 gluoner, 3 mellombosoner og en graviton)

Leksjonstype: kombinert.

Utstyr: medieprojektor, lerret, datamaskin, tabell "Metoder for partikkelregistrering", tabell "Fundamentelle interaksjoner", utdelinger ( Vedlegg 1 , Vedlegg 2 )

Timeplan:

I. Aktivering av kunnskap

Lærerens åpningstale om behovet for å forstå det vitenskapelige bildet av verden.

II. Tilegnelse av kunnskap

1) Elevens budskap "Stages of development of partikkelfysikk" (lysbilde 1-5)
2) Forelesning «Tilstand av et elektron i et atom» (lysbilde 6-10)
3) Melding "Typer interaksjoner" (lysbilder 11-15)
4) Forelesning «Karakteristika ved elementærpartikler» (lysbilde 16-28)
5) Elevmelding "Metoder for å registrere elementærpartikler" (lysbilde 29-31)

3) Forklar muligheten for de presenterte reaksjonene fra synspunktet om lovene for bevaring av ladning (reaksjoner velges etter lærerens skjønn). Bruk tabelldata ( Vedlegg 1 )

4) Ved å bruke loven om bevaring av ladning, tabell 2 ( Vedlegg 1 ) Og Vedlegg 2 , forklar kvarksammensetningen til noen hadroner (etter lærerens skjønn)

IV. Kunnskapskontroll

Øvelse 1.

Basert på de foreslåtte egenskapene, bestemme hvilken type de presenterte interaksjonene tilhører.

Interaksjonstype	Intensitet	Karakteristisk tid, s
	1/137	~10-20
	~1	~ 10-23
	~ 10-38	?
	~ 10-10	~

Oppgave 2.

Bærerne av hvilken type interaksjon er:

Gluoner
Mellombosoner
Fotoner
Gravitoner

Oppgave 3.

Hva er rekkevidden for hver interaksjon?

V. Lekser

§§ 115, 116, sammendrag av kapittel 14

For å forklare egenskapene og oppførselen til elementærpartikler, må de i tillegg til masse, elektrisk ladning og type være utstyrt med en rekke tilleggsmengder som er karakteristiske for dem (kvantetall), som vi vil diskutere nedenfor.

Elementærpartikler deles vanligvis inn i fire klasser . I tillegg til disse klassene antas eksistensen av en annen klasse av partikler - gravitasjoner (gravitasjonsfeltkvanter). Disse partiklene har ennå ikke blitt oppdaget eksperimentelt.

La oss gi Kort beskrivelse fire klasser av elementærpartikler.

Bare en partikkel tilhører en av dem - foton .

Fotoner (elektromagnetiske feltkvanter) deltar i elektromagnetiske interaksjoner, men har ikke sterke og svake interaksjoner.

Den andre klassen er dannet leptoner , tredje - hadroner og til slutt den fjerde - måle bosoner (Tabell 2)

tabell 2

Elementærpartikler
Leptoner	Kalibrering bosoner	Hadroner

		n, s, hyperoner Baryonisk resonanser	Mesonisk resonanser

Leptoner (Gresk " leptos" - lett) - partikler,involvert i elektromagnetiske og svake interaksjoner. Disse inkluderer partikler som ikke har en sterk interaksjon: elektroner (), myoner (), taoner (), samt elektronnøytrinoer (), myonnøytrinoer () og tau-nøytrinoer (). Alle leptoner har spinn lik 1/2 og er derfor fermioner . Alle leptoner har en svak interaksjon. De som har en elektrisk ladning (dvs. myoner og elektroner) har også en elektromagnetisk interaksjon. Nøytrinoer deltar bare i svake interaksjoner.

Hadroner (Gresk " adros"- stor, massiv) - partikler,deltar i sterke,elektromagnetiske og svake interaksjoner. I dag er over hundre hadroner kjent og de er delt inn i baryoner Og mesoner .

Baryoner - hadroner,bestående av tre kvarker (qqq) og har baryon nummer B = 1.

Klassen baryoner kombinerer nukleoner ( s, n) og ustabile partikler med en masse større enn massen av nukleoner, kalt hyperoner (). Alle hyperoner har en sterk interaksjon, og interagerer derfor aktivt med atomkjerner. Spinn av alle baryoner er 1/2, så baryonene er det fermioner . Med unntak av protonet er alle baryoner ustabile. Når en baryon forfaller, sammen med andre partikler, dannes nødvendigvis en baryon. Dette mønsteret er ett av manifestasjoner av loven om bevaring av baryonladning.

Mesoner - hadroner,bestående av en kvark og en antikvark () og har et baryonnummer B = 0.

Mesoner er sterkt samvirkende ustabile partikler som ikke bærer en såkalt baryonladning. Disse inkluderer -mesoner eller pioner (), K-mesoner eller kaoner ( ), og -mesoner. Massene og mesonene er de samme og lik henholdsvis 273,1, 264,1 levetid og s. Massen til K-mesons er 970. Levetiden til K-mesons er av størrelsesorden s. Massen av eta mesons er 1074, levetiden er i størrelsesorden s. I motsetning til leptoner har mesoner ikke bare en svak (og hvis de er ladet, elektromagnetisk) interaksjon, men også en sterk interaksjon, som manifesterer seg når de samhandler med hverandre, så vel som under interaksjonen mellom mesoner og baryoner. Spinnene til alle mesonene er null, så de er det bosoner.

Målebosoner - partikler,interaksjon mellom fundamentale fermioner(kvarker og leptoner). Dette er partikler W + , W – , Z 0 og åtte typer gluoner g. Dette inkluderer også fotonet γ.

Egenskaper til elementærpartikler

Hver partikkel er beskrevet av et sett fysiske mengder– kvantetall som bestemmer dens egenskaper. De mest brukte partikkelegenskapene er som følger.

Partikkelmasse , m. Partikkelmassene varierer mye fra 0 (foton) til 90 GeV ( Z-boson). Z-boson er den tyngste kjente partikkelen. Imidlertid kan tyngre partikler også eksistere. Massene av hadroner avhenger av hvilke typer kvarker de inneholder, så vel som av deres spinntilstander.

Livstid , τ. Avhengig av deres levetid, er partikler delt inn i stabile partikler, har relativt stor tid livet, og ustabil.

TIL stabile partikler inkluderer partikler som forfaller gjennom svake eller elektromagnetiske interaksjoner. Inndelingen av partikler i stabile og ustabile er vilkårlig. Derfor inkluderer stabile partikler partikler som elektronet, protonet, som foreløpig ikke er detektert forfall, og π 0 mesonen, som har en levetid τ = 0,8×10 - 16 s.

TIL ustabile partikler inkluderer partikler som forfaller som følge av sterke interaksjoner. De kalles vanligvis resonanser . Den karakteristiske levetiden for resonanser er 10 - 23 -10 - 24 s.

Snurre rundt J. Spinnverdien måles i enheter ħ og kan ta 0, halvt heltall og heltallsverdier. For eksempel er spinnet til π- og K-mesons lik 0. Spinnet til et elektron og myon er lik 1/2. Spinnet til et foton er 1. Det er partikler med større spinnverdi. Partikler med halvtallsspinn følger Fermi-Dirac-statistikk, og partikler med heltallsspinn følger Bose-Einstein-statistikk.

Elektrisk ladning q. Elektrisk ladning er et heltalls multiplum av e= 1,6×10 - 19 C, kalt den elementære elektriske ladningen. Partikler kan ha ladninger 0, ±1, ±2.

Intern paritet R. Kvantenummer R karakteriserer symmetriegenskapen til bølgefunksjonen med hensyn til romlige refleksjoner. Kvantenummer R har verdien +1, -1.

Sammen med egenskapene som er felles for alle partikler, bruker de også kvantetall som kun tilskrives separate grupper partikler.

Kvantetall : baryonnummer I, rarthet s, Sjarm (sjarm) Med, skjønnhet (bunn eller skjønnhet) b, øverste (topphet) t, isotopisk spinn Jeg bare tilskrives sterkt samvirkende partikler - hadroner.

Lepton tall L e, L μ , Lτ. Leptonnummer tildeles partikler som danner en gruppe leptoner. Leptoner e, μ og τ deltar kun i elektromagnetiske og svake interaksjoner. Leptoner ν e, n μ og n τ deltar kun i svake interaksjoner. Lepton-tall har betydninger L e, L μ , Lτ = 0, +1, -1. For eksempel, e - , elektronnøytrino n e ha L e= +l; , har L e= - l. Alle hadroner har .

Baryon nummer I. Baryonnummeret betyr noe I= 0, +1, -1. Baryoner, for eksempel, n, R, Λ, Σ, nukleonresonanser har et baryonnummer I= +1. Mesoner, mesonresonanser har I= 0, antibaryoner har I = -1.

Rarthet s. Kvantenummer s kan ha verdier -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 og bestemmes av kvarksammensetningen til hadroner. For eksempel har hyperoner Λ, Σ s= -l; K + - , K– - mesoner har s= + l.

Sjarm Med. Kvantenummer Med Med= 0, +1 og -1. For eksempel har Λ+ baryon Med = +1.

Bunnhet b. Kvantenummer b kan ta verdier -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. For tiden er det oppdaget partikler som har b= 0, +1, -1. For eksempel, I+ -meson har b = +1.

Topphet t. Kvantenummer t kan ta verdier -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Foreløpig er bare én tilstand oppdaget med t = +1.

Isospin Jeg. Sterkt samvirkende partikler kan deles inn i grupper av partikler som har lignende egenskaper (samme verdi av spinn, paritet, baryonnummer, merkelighet og andre kvantetall som er bevart i sterke interaksjoner) - isotopiske multipletter. Isospin verdi Jeg bestemmer antall partikler inkludert i en isotopisk multiplett, n Og R utgjør en isotopisk dublett Jeg= 1/2; Σ + , Σ - , Σ 0 er inkludert i isotopisk triplett Jeg= 1, Λ - isotopisk singlett Jeg= 0, antall partikler inkludert i en isotopisk multiplett, 2Jeg + 1.

G - paritet er et kvantetall som tilsvarer symmetri med hensyn til den samtidige operasjonen av ladningskonjugering Med og endringer i tegnet til den tredje komponenten Jeg isospin. G- paritet er kun bevart i sterke interaksjoner.

En verden av elementærpartikler

Leksjon i 11. klasse

Hensikten med leksjonen:

Pedagogisk:

Å gjøre studentene kjent med strukturen til elementærpartikler, med egenskapene til krefter og interaksjoner inne i kjernen; lære å oppsummere og analysere ervervet kunnskap, å uttrykke tankene dine korrekt; fremme utviklingen av tenkning, evnen til å strukturere informasjon; dyrke følelsesmessige og verdibaserte holdninger til verden

Pedagogisk:

Fortsett å utvikle tenkning, evnen til å analysere, sammenligne og trekke logiske konklusjoner.

Utvikle nysgjerrighet, evne til å anvende kunnskap og erfaring i ulike situasjoner.

Pedagogisk:

Utvikling av intellektuelle teamarbeidsferdigheter; utdanning av grunnlaget for moralsk selvbevissthet (tanke: ansvaret til en vitenskapsmann, en oppdager for fruktene av hans oppdagelser);

Å vekke studentenes interesse for populærvitenskapelig litteratur og for å studere forutsetningene for å oppdage spesifikke fenomener.

Hensikten med leksjonen:

Skape forutsetninger for utvikling av intellektuell og kommunikativ kompetanse der studenten skal kunne:

Nevn hovedtyper av elementærpartikler;

Forstå tvetydigheten i den moderne standardmodellen av verden;

Formuler ideene dine om historien til utviklingen av elementærpartikler;

Analyser utviklingens rolle elementær fysikk;

Klassifiser elementærpartikler i henhold til deres sammensetning;

Tenk på behovet for å ha din egen posisjon, å være tolerant overfor et annet synspunkt;

Vis konfliktfri kommunikasjon når du jobber i en gruppe.

Leksjonstype: lære nytt materiale.

Leksjonsformat: kombinert leksjon.

Leksjonsmetoder: verbalt, visuelt, praktisk.

Utstyr: datamaskinpresentasjon, multimediaprojektor, arbeidsbok student, personlig datamaskin.

Leksjonstrinn	Tid, min.	Metoder og teknikker
1.Organisatorisk introduksjon. Uttalelse av pedagogisk problem.		Registrer emnet for leksjonen. Lærerens historie.
2. Oppdatering av kunnskap (elevpresentasjon)		Elevens fortelling om eksisterende kunnskap, forutsetninger for å lære nye ting.
3. Lære nytt stoff (lærerpresentasjon)		Lærerens historie ved hjelp av lysbilder. Observasjon. Samtale. Elevhistorie ved hjelp av lysbilder.
4. Øve på det studerte materialet. Konsolidering.		Konsolidering i henhold til støttenotater og arbeider med læreboka. Svar på sikkerhetsspørsmål.
5. Oppsummering. Hjemmelekser		Identifisering av det viktigste av lærer og elever.

I løpet av timene

Organisering av tid lekse(hilsen, sjekke elevenes beredskap for leksjonen)

I dag i leksjonen skal vi se på ulike syn på verdens struktur, hvilke partikler alt som omgir oss består av. Leksjonen vil være forelesningslignende og krever stort sett din oppmerksomhet.

I begynnelsen av leksjonen vil jeg gjøre deg oppmerksom på historien om opprinnelsen til læren om partikler.

2. Oppdatering av kunnskap. (Presentasjon av Aleksakhina V. "Historie om utviklingen av kunnskap om partikler")

Lysbilde 2. Gammel atomisme- Dette er ideer om verdens struktur fra gamle forskere. I følge Demokritos var atomer evige, uforanderlige, udelelige, partikler med forskjellig form og størrelse, som, når de ble forent og separert, dannet forskjellige kropper.

Lysbilde 3. Takket være oppdagelsen av forskerne Dirac, Galileo og Newton av relativitetsprinsippet, dynamikkens lover, bevaringslovene, loven om universell gravitasjon, gjennomgikk atomismen til de gamle betydelige endringer på 1600-tallet og ble etablert i vitenskapen. mekanisk bilde av verden, som var basert på gravitasjonsinteraksjon - alle legemer og partikler er underlagt det, uavhengig av ladning.

Lysbilde 4. Kunnskapen samlet i studiet av elektriske, magnetiske og optiske fenomener har ført til behovet for å supplere og utvikle verdensbildet. Således, på 1800-tallet og fram til begynnelsen av 1900-tallet, elektrodynamisk bilde av verden. Den har allerede vurdert to typer interaksjon - gravitasjon og elektromagnetisk. Men de klarte ikke å forklare bare termisk stråling, atomets stabilitet, radioaktivitet, den fotoelektriske effekten, linjespekter.

Lysbilde 5. På begynnelsen av 1900-tallet dukket ideen om energikvantisering opp, som ble støttet av Planck, Einstein, Bohr, Stoletov, så vel som bølge-partikkeldualismen til Louis de Broglie. Disse funnene markerte fremveksten kvantefeltbilde av verden, der sterk interaksjon også ble lagt til. Den aktive utviklingen av elementær partikkelfysikk begynte.

3. Lære nytt stoff

Fram til 30-tallet av det 20. århundre virket verdens struktur for forskere mest i enkel form. De trodde at det "komplette settet" av partikler som utgjør all materie er protonet, nøytronet og elektronet. Det er derfor de ble kalt elementære. Disse partiklene inkluderer også fotonet, bæreren av elektromagnetiske interaksjoner.

Lysbilde 6.Moderne standard verdensmodell:

Materie består av kvarker, leptoner og partikler - bærere av interaksjon.

For alle elementærpartikler er det en mulighet for å detektere antipartikler.

Bølge-partikkel dualitet. Prinsipper for usikkerhet og kvantisering.

Sterke, elektromagnetiske og svake interaksjoner er beskrevet av store, enhetlige teorier. Uforenet tyngdekraft gjenstår.

Lysbilde 7. Atomkjernen er bygd opp av hadroner, som er bygd opp av kvarker. Hadroner er partikler som deltar i sterke interaksjoner.

Klassifisering av hadroner: Mesoner består av en kvark og en antikvark. Baryoner består av tre kvarker - nukleoner (protoner og nøytroner) og

hyperoner.

Lysbilde 8. Kvarker er de grunnleggende partiklene som utgjør hadroner. For tiden er 6 forskjellige varianter (oftere kalt smaker) av kvarker kjent. Kvarker holder den sterke interaksjonen og deltar i sterke, svake og elektromagnetiske interaksjoner. De utveksler gluoner, partikler med null masse og null ladning, med hverandre. For alle kvarker finnes det antikvarker . De kan ikke observeres i fri form. De har en elektrisk ladning: +2/3е - kalt U-kvarker (øverst) og -1/3е - d-kvarker (nederst).

Kvarksammensetningen til et elektron er uud, kvarksammensetningen til et proton er udd.

Lysbilde 9. Partikler som ikke er en del av kjernen er leptoner. Leptoner er fundamentale partikler som ikke deltar i sterke interaksjoner. I dag er 6 leptoner og 6 av deres antipartikler kjent.

Alle partikler har anticyster. Leptoner og deres antipartikler: elektron og positron med dem, elektronnøytrino og antinøytrino. Muon og antimuon med dem myonnøytrino og antinøytrino. Taon og antitaon - taon nøytrino og antinøytrino.

Lysbilde 10. Alle interaksjoner i naturen er manifestasjoner av fire typer grunnleggende interaksjoner mellom fundamentale partikler - leptoner og kvarker.

Sterk interaksjon Kvarker er mottakelige, og gluoner er dens bærere. Den binder dem sammen for å danne protoner, nøytroner og andre partikler. Det påvirker indirekte bindingen av protoner i atomkjerner.

Elektromagnetisk interaksjon ladede partikler er følsomme. I dette tilfellet, under påvirkning av elektromagnetiske krefter, endres ikke partiklene i seg selv, men får bare egenskapen til å frastøte når det gjelder ladninger med samme navn.

Svak interaksjon Kvarker og leptoner er mottakelige. Den mest kjente effekten av den svake interaksjonen er transformasjonen av en nedkvark til en oppkvark, som igjen får et nøytron til å forfalle til et proton, elektron og antinøytrino.

En av de viktigste typene svak interaksjon er Higgs interaksjon. I følge antagelser fyller Higgs-feltet (grå bakgrunn) hele rommet med væske, noe som begrenser rekkevidden av svake interaksjoner. Higgs-bosonet samhandler også med kvarker og leptoner, og sikrer eksistensen av massen deres.

Gravitasjonsinteraksjon. Det er den svakeste kjente. Alle partikler og bærere av alle typer interaksjoner, uten unntak, deltar i det. Det utføres takket være utveksling av gravitoner - de eneste partiklene som ennå ikke er eksperimentelt oppdaget. Gravitasjonsinteraksjon er alltid en attraksjon.

Lysbilde 11. Mange fysikere håper at, akkurat som de klarte å kombinere de elektromagnetiske og svake interaksjonene til den elektrosvake kraften, vil de til slutt være i stand til å bygge en teori som forener alle kjente arter interaksjoner, hvis navn er "Great Unification".

4 . Konsolidering av kunnskap.

Primær konsolidering(Presentasjon av Gordienko Zh. "Large Hadron Collider". Moderne forskere prøver å forbedre prosessen med å studere partikler for å oppnå nye funn for vitenskapelig og teknologisk fremgang. For dette formålet, grandiose forskningssentre og akseleratorer. En av disse grandiose strukturene er Large Hadron Collider.

Endelig konsolidering(arbeid i grupper: svar på spørsmål fra læreboka)

Du er delt inn i to grupper: 1. rad og 2. rad. Du har en oppgave på papirlapper: du må svare på spørsmål, og du finner svarene i læreboken i avsnitt 28 (s. 196 – 198).

Første gruppeoppgaver:

Hvor mange fundamentale partikler er det totalt? (48)

Kvarksammensetning av et elektron? (uud)

List opp de to sterkeste kreftene (sterke og elektromagnetiske)

Totalt antall gluoner? (8)

Andre gruppeoppgaver:

Hvor mange partikler er i hjertet av universet? (61)

Quark sammensetning av protonet? (udd)

List opp de to svakeste kreftene (svake og gravitasjonskrefter)

Hvilke partikler utfører elektromagnetisk interaksjon? (foton)

Stemmet av gruppeledere av svar på spørsmål og utveksling av kort.

Leksjonssammendrag.

Du har blitt kjent med noen aspekter ved utviklingen av moderne fysikk og har nå gjort det elementære representasjoner om retningen vår vitenskap utvikler seg i og hvorfor vi trenger den.

6. Lekser. Paragraf 28.

Første gruppeoppgaver:

1. Hvor mange fundamentale partikler er det totalt? _______________

2. Quarksammensetning av elektronet? _______________

3. List opp de to sterkeste interaksjonene ______

4. Totalt antall gluoner? _______

___________________________________________________________________

Andre gruppeoppgaver:

1. Hvor mange partikler ligger under universet? ________

2. Kvarksammensetning av protonet? ___________

___________________________________________________________________

Første gruppeoppgaver:

1. Hvor mange fundamentale partikler er det totalt? __________

2. Quarksammensetning av elektronet? __________

3. List opp de to sterkeste interaksjonene ___________________________________________________________________________

4. Totalt antall gluoner? _________

___________________________________________________________________

Andre gruppeoppgaver:

1. Hvor mange partikler ligger under universet? _______________

2. Kvarksammensetning av protonet? ____________

3. List opp de to svakeste interaksjonene ______________________

4. Hvilke partikler utfører elektromagnetisk interaksjon? ______

___________________________________________________________________

Første gruppeoppgaver:

1. Hvor mange fundamentale partikler er det totalt? ____________

2. Quarksammensetning av elektronet? _______________

3. List opp de to sterkeste interaksjonene ___________________________________________________________________________

4. Totalt antall gluoner? _____

___________________________________________________________________

Andre gruppeoppgaver:

1. Hvor mange partikler ligger under universet? ______

2. Kvarksammensetning av protonet? _________

3. List opp de to svakeste interaksjonene ____________________

4. Hvilke partikler utfører elektromagnetisk interaksjon? _______