Temel parçacıklar ve alanları özeti. Temel parçacıkların fiziği. Atom ve nükleer fizik

Sınıf: 11

Sınıf: 11

Ders türü:çalışmada bir ders ve yeni bilginin birincil konsolidasyonu

Öğretme yöntemi: ders

Öğrenci etkinliği şekli:önden, toplu, bireysel

Dersin amacı:öğrencilerin maddenin yapısını anlamalarını genişletmek; temel parçacık fiziğinin gelişimindeki ana aşamaları göz önünde bulundurun; temel parçacıklar ve özellikleri hakkında fikir vermek.

Dersin Hedefleri:

  • eğitici: öğrencilere kavram - temel parçacık, temel parçacıkların tipolojisi ve temel parçacıkların özelliklerini inceleme yöntemleri hakkında bilgi vermek;
  • gelişmekte: aktif bilişsel aktiviteye uygun katılımlarını sağlayarak öğrencilerin bilişsel ilgilerini geliştirmek;
  • eğitici: evrensel insan niteliklerinin eğitimi - dünyadaki bilimsel başarıların algılanmasının farkındalığı; merak gelişimi, dayanıklılık.

Ders için ekipman:

Didaktik materyaller: ders kitabı materyali, test kartları ve tablolar

Görsel Yardımlar: Sunum

1. Dersin başlangıcının organizasyonu.

Öğretmen etkinliği:öğretmen ve öğrencilerin karşılıklı selamlaşması, öğrencilerin düzeltilmesi, öğrencilerin derse hazır olup olmadıklarının kontrol edilmesi. Dikkatin organizasyonu ve öğrencilerin işin iş ritmine dahil edilmesi.

işin iş ritmine dikkat ve katılım organizasyonu.

2. Dersin ana aşamasına hazırlık.

Öğretmen etkinliği: bugün "Kuantum fiziği" - "Temel parçacıklar"ın yeni bir bölümünü incelemeye başlayacağız. Bu bölümde, temel parçacıklar hakkında, tüm maddenin inşa edildiği birincil, daha fazla ayrıştırılamaz parçacıklar hakkında konuşacağız.

Fizikçiler nükleer süreçlerin çalışmasında temel parçacıkların varlığını keşfettiler, bu nedenle 20. yüzyılın ortalarına kadar temel parçacık fiziği nükleer fiziğin bir dalı idi. Şu anda, temel parçacık fiziği ve nükleer fizik birbirine yakındır, ancak fiziğin bağımsız dalları, incelenen birçok problemin ortak özelliği ve kullanılan araştırma yöntemleri ile birleşir.

Temel parçacık fiziğinin ana görevi, temel parçacıkların doğası, özellikleri ve karşılıklı dönüşümlerinin incelenmesidir.

Aynı zamanda, temel parçacıkların fiziğinin incelenmesinde de ana görevimiz olacaktır.

3. Yeni bilgi ve eylem yöntemlerinin özümsenmesi.

Öğretmen etkinliği: Ders konusu: "Temel parçacık fiziğinin gelişim aşamaları". Derste aşağıdaki soruları ele alacağız:

  • Dünyanın temel parçacıklardan oluştuğu fikirlerin gelişim tarihi
  • Temel parçacıklar nelerdir?
  • Ayrı bir temel parçacık nasıl elde edilebilir ve bu mümkün müdür?
  • Parçacık tipolojisi.

Dünyanın temel parçacıklardan oluştuğu fikrinin uzun bir geçmişi vardır. Bugün, temel parçacık fiziğinin gelişiminde üç aşama var.

Öğreticiyi açalım. Aşamaların adlarını ve zaman çerçevesini tanıyalım.

Öngörülen öğrenci etkinliği:

Aşama 1. Elektrondan pozitrona: 1897 - 1932

Aşama 2. Pozitrondan kuarklara: 1932 - 1964

Aşama 3. Kuarkların hipotezinden (1964) günümüze.

Öğretmen etkinliği:

Aşama 1.

İlköğretim, yani en basiti, dahası bölünmez, ünlü antik Yunan bilim adamı Demokritos atomu böyle hayal etti. Çevirideki "atom" kelimesinin "bölünemez" anlamına geldiğini hatırlatmama izin verin. İlk kez, çevredeki tüm nesneleri oluşturan en küçük, görünmez parçacıkların varlığı fikri, çağımızdan 400 yıl önce Demokritos tarafından dile getirildi. Bilim, atom kavramını ancak 19. yüzyılın başında kullanmaya başladı, bu temelde bir dizi kimyasal fenomeni açıklamanın mümkün olduğu zaman. Ve bu yüzyılın sonunda atomun karmaşık yapısı keşfedildi. 1911'de atom çekirdeği keşfedildi (E. Rutherford) ve sonunda atomların karmaşık bir yapıya sahip olduğu kanıtlandı.

Adamları hatırlayalım: Atoma hangi parçacıklar dahildir ve kısaca onları karakterize eder?

Öngörülen öğrenci etkinliği:

Öğretmen etkinliği: arkadaşlar belki sizden hatırlayan vardır: elektron, proton ve nötron kim tarafından ve hangi yıllarda keşfedilmiştir?

Öngörülen öğrenci etkinliği:

Elektron. 1898'de J. Thomson, elektronların varlığının gerçekliğini kanıtladı. 1909'da R. Millikan ilk olarak bir elektronun yükünü ölçtü.

Proton. 1919'da E. Rutherford, nitrojeni parçacıklarla bombalarken, yükü bir elektronun yüküne eşit olan ve kütlesi bir elektronun kütlesinden 1836 kat daha büyük olan bir parçacık keşfetti. Parçacık proton olarak adlandırıldı.

Nötron. Rutherford, kütlesi protonun kütlesine eşit olan, yüksüz bir parçacığın varlığını da önerdi.

1932'de D. Chadwick, Rutherford'un önerdiği parçacığı keşfetti ve ona nötron adını verdi.

Öğretmen etkinliği: proton ve nötronun keşfinden sonra, atomların kendileri gibi atom çekirdeklerinin de karmaşık bir yapıya sahip olduğu anlaşıldı. Çekirdek yapısının proton-nötron teorisi ortaya çıktı (D. D. Ivanenko ve V. Heisenberg).

XIX yüzyılın 30'larında, M. Faraday tarafından geliştirilen elektroliz teorisinde, -iyon kavramı ortaya çıktı ve temel yükün ölçümü yapıldı. 19. yüzyılın sonu - elektronun keşfine ek olarak, radyoaktivite fenomeninin keşfi ile işaretlendi (A. Becquerel, 1896). 1905'te fizik, elektromanyetik alanın kuantum kavramını geliştirdi - fotonlar (A. Einstein).

Hatırlayalım: foton neye denir?

Öngörülen öğrenci etkinliği: Foton(veya elektromanyetik radyasyon kuantumu) - elektriksel olarak nötr, dinlenme kütlesinden yoksun, ancak enerji ve momentuma sahip temel bir hafif parçacık.

Öğretmen etkinliği: açık parçacıklar, evrenin ana yapı taşları olan bölünmez ve değişmeyen ilk varlıklar olarak kabul edildi. Ancak bu görüş uzun sürmedi.

2. aşama.

30'larda, protonların ve nötronların karşılıklı dönüşümleri keşfedildi ve araştırıldı ve bu parçacıkların da doğanın değişmez temel "yapı taşları" olmadığı ortaya çıktı.

Şu anda, yaklaşık 400 alt nükleer parçacık bilinmektedir (atomları oluşturan, genellikle temel olarak adlandırılan parçacıklar). Bu parçacıkların ezici çoğunluğu kararsızdır (temel parçacıklar birbirine dönüşür).

Tek istisna foton, elektron, proton ve nötrinodur.

Foton, elektron, proton ve nötrino kararlı parçacıklardır (sınırsız bir süre boyunca serbest halde var olabilen parçacıklar), ancak her biri diğer parçacıklarla etkileşime girdiğinde başka parçacıklara dönüşebilir.

Diğer tüm parçacıklar düzenli aralıklarla kendiliğinden başka parçacıklara dönüşürler ve bu onların varlıklarının ana gerçeğidir.

Başka bir parçacıktan bahsetmiştim - nötrino. Bu parçacığın temel özellikleri nelerdir? Kim tarafından ve ne zaman açıldı?

Öngörülen öğrenci etkinliği: Nötrino, elektrik yükü olmayan bir parçacıktır ve durgun kütlesi 0'a eşittir. Bu parçacığın varlığı 1931'de V. Pauli tarafından tahmin edildi ve 1955'te parçacık deneysel olarak kaydedildi. Nötron bozunmasının bir sonucu olarak kendini gösterir:

Öğretmen etkinliği: kararsız temel parçacıklar ömürleri açısından birbirinden çok farklıdır.

En uzun ömürlü parçacık nötrondur. Nötron ömrü yaklaşık 15 dakikadır.

Diğer parçacıklar çok daha kısa bir süre için "yaşar".

Ömrü 10 -17 s'yi geçen onlarca parçacık vardır. Mikro dünya ölçeğinde, bu önemli bir zamandır. Bu tür parçacıklara denir nispeten istikrarlı .

Çoğunluk kısa ömürlü temel parçacıkların ömrü 10 -22 -10 -23 s mertebesindedir.

Karşılıklı dönüşüm yeteneği, tüm temel parçacıkların en önemli özelliğidir.

Temel parçacıklar doğup yok edilebilir (yayılır ve emilir). Bu aynı zamanda kararlı parçacıklar için de geçerlidir, tek fark, kararlı parçacıkların dönüşümlerinin kendiliğinden değil, diğer parçacıklarla etkileşime girdiğinde meydana gelmesidir.

Bir örnek yok etme (yani kaybolma) yüksek enerjili fotonların üretimi ile birlikte elektron ve pozitron.

Bir pozitron (bir elektronun antiparçacığı), bir elektronla aynı kütleye ve aynı (modulo) yüke sahip pozitif yüklü bir parçacıktır. Bir sonraki derste özellikleri hakkında daha ayrıntılı konuşacağız. Pozitronun varlığının 1928'de P. Dirac tarafından tahmin edildiğini ve K. Anderson'ın 1932'de kozmik ışınlarda keşfettiğini söyleyelim.

1937'de, kozmik ışınlarda 207 elektron kütlesi kütleye sahip parçacıklar keşfedildi. müonlar (-mezonlar). Bir mezonun ortalama ömrü 2.2 * 10 -6 s'dir.

Sonra 1947-1950'lerde açıldı şakayık (yani -mezonlar). Bir nötr -mezonun ortalama ömrü 0.87 · 10 -16 s'dir.

Sonraki yıllarda, yeni keşfedilen parçacıkların sayısı hızla artmaya başladı. Bu, kozmik ışınların çalışmaları, hızlandırıcı teknolojisinin gelişimi ve nükleer reaksiyonların incelenmesi ile kolaylaştırıldı.

Yeni parçacıklar oluşturma sürecini uygulamak ve temel parçacıkların özelliklerini incelemek için modern hızlandırıcılara ihtiyaç vardır. İlk parçacıklar hızlandırıcıda "çarpışma rotasında" yüksek enerjilere hızlandırılır ve belirli bir yerde birbirleriyle çarpışırlar. Parçacıkların enerjisi yüksekse, çarpışma sürecinde genellikle kararsız birçok yeni parçacık doğar. Çarpışma noktasından saçılan bu parçacıklar, dedektörler tarafından kaydedilen daha kararlı parçacıklara bozunur. Bu tür her çarpışma eylemi için (fizikçiler şöyle der: her olay için) - ve bunlar saniyede binlerce olarak kaydedilir! -sonuç olarak deneyciler kinematik değişkenleri belirler: "yakalanan" parçacıkların darbelerinin ve enerjilerinin yanı sıra yörüngelerinin değerleri (ders kitabındaki şekle bakın). Fizikçiler, aynı türden birçok olayı topladıktan ve bu kinematik niceliklerin dağılımlarını inceledikten sonra, etkileşimin nasıl ilerlediğini ve ortaya çıkan parçacıklara ne tür parçacıkların atfedilebileceğini yeniden yapılandırırlar.

Sahne 3.

Temel parçacıklar üç gruba ayrılır: fotonlar , leptonlar ve hadronlar (Ek 2).

Beyler, bana foton grubuna ait parçacıkları söyleyin.

Öngörülen öğrenci etkinliği: gruba fotonlar sadece bir parçacık var - bir foton

Öğretmen etkinliği: sonraki grup hafif parçacıklardan oluşur leptonlar.

Öngörülen öğrenci etkinliği: bu grup iki tür nötrino (elektron ve müon), elektron ve? -meson içerir

Öğretmen etkinliği: leptonlar ayrıca tabloda listelenmeyen bir dizi parçacık içerir.

Üçüncü büyük grup, adı verilen ağır parçacıklardan oluşur. hadronlar... Bu grup iki alt gruba ayrılır. Daha hafif parçacıklar bir alt grup oluşturur mezonlar .

Öngörülen öğrenci etkinliği: bunların en hafifi, pozitif ve negatif yüklü, ayrıca nötr -mezonlardır. Şakayıklar nükleer alanın kuantalarıdır.

Öğretmen etkinliği: ikinci alt grup - baryonlar - daha ağır parçacıklar içerir. En kapsamlı olanıdır.

Öngörülen öğrenci etkinliği: baryonların en hafifi nükleonlardır - protonlar ve nötronlar.

Öğretmen etkinliği: onları hiperonlar takip eder. Masayı kapatmak, 1964'te keşfedilen omega-eksi-hiperondur.

Keşfedilen ve yeni keşfedilen hadronların bolluğu, bilim adamlarını hepsinin daha temel parçacıklardan oluştuğu fikrine götürdü.

1964'te Amerikalı fizikçi M. Gell-Mann, sonraki çalışmalarla doğrulanan, tüm ağır temel parçacıkların - hadronların - denilen daha temel parçacıklardan oluştuğuna dair bir hipotez ortaya koydu. kuarklar.

Yapısal bir bakış açısından, atom çekirdeğini (nükleonlar) oluşturan temel parçacıklar ve genel olarak tüm ağır parçacıklar - hadronlar (baryonlar ve mezonlar) - genellikle temel olarak adlandırılan daha basit parçacıklardan oluşur. Bu rolde, maddenin gerçekten temel temel öğeleri, elektrik yükü protonun birim pozitif yükünün +2/3 veya -1/3'ü olan kuarklardır.

En yaygın ve en hafif kuarklar yukarı ve aşağı olarak adlandırılır ve sırasıyla u (İngilizce'den yukarı) ve d (aşağı) olarak adlandırılır. Bazen proton ve nötron kuarkları da denir, çünkü proton uud'un bir kombinasyonundan oluşur ve nötron udd'dir. Yukarı kuarkın yükü +2/3'tür; alt - negatif yük -1/3. Bir proton iki yukarı ve bir aşağı ve bir nötron bir yukarı ve iki aşağı kuarktan oluştuğundan, bağımsız olarak bir proton ve bir nötronun toplam yükünün kesinlikle 1 ve 0'a eşit olduğunu doğrulayabilirsiniz.

Diğer iki kuark çifti daha egzotik parçacıkların parçasıdır. İkinci çiftteki kuarklara tılsımlı - c (büyülüden) ve garip - s (tuhaftan) denir.

Üçüncü çift, gerçek - t (gerçekten veya İngiliz üst geleneğinde) ve güzel - b (güzellikten veya İngiliz alt geleneğinde) kuarklardan oluşur.

Çeşitli kuark kombinasyonlarından oluşan hemen hemen tüm parçacıklar deneysel olarak keşfedilmiştir.

Kuark hipotezinin benimsenmesiyle uyumlu bir temel parçacık sistemi oluşturmak mümkün oldu. Yüksek enerjili hızlandırıcılarda ve kozmik ışınlarda gerçekleştirilen serbest durumdaki kuarkların sayısız araştırması başarısız oldu. Bilim adamları, serbest kuarkların gözlemlenememe nedenlerinden birinin muhtemelen çok büyük kütleleri olduğuna inanıyorlar. Bu, modern hızlandırıcılarla elde edilen enerjilerde kuark üretimini engeller.

Bununla birlikte, Aralık 2006'da, bilimsel haber ajanslarının ve medyanın beslemelerinden "serbest üst kuarkların" keşfi hakkında garip bir mesaj geçti.

4. Anlayışın ilk doğrulaması.

Öğretmen etkinliği: peki çocuklar, sizinle konuştuk:

  • temel parçacık fiziğinin gelişimindeki ana aşamalar
  • hangi parçacığın temel olarak adlandırıldığını buldu
  • parçacıkların tipolojisi ile tanıştı.

Bir sonraki derste şunlara bakacağız:

  • temel parçacıkların daha ayrıntılı sınıflandırılması
  • temel parçacıkların etkileşim türleri
  • antiparçacıklar.

Ve şimdi, incelediğimiz materyalin ana noktalarını hafızanızda canlandırmak için bir test yapmanızı öneriyorum (Ek 3).

5. Dersin sonuçlarını özetlemek.

Öğretmen etkinliği: En aktif öğrencilere not vermek.

6. Ödev

Öğretmen etkinliği:

1. pr. 115, bldg. 347

2. Derste kaydedilen plana göre paragrafın özeti.

Fizikçiler nükleer süreçlerin çalışmasında temel parçacıkların varlığını keşfettiler, bu nedenle 20. yüzyılın ortalarına kadar temel parçacık fiziği nükleer fiziğin bir dalıydı. Şu anda, temel parçacık fiziği ve nükleer fizik birbirine yakındır, ancak fiziğin bağımsız dalları, incelenen birçok problemin ortak özelliği ve kullanılan araştırma yöntemleri ile birleşir. Temel parçacık fiziğinin ana görevi, temel parçacıkların doğası, özellikleri ve karşılıklı dönüşümlerinin incelenmesidir.
Dünyanın temel parçacıklardan oluştuğu fikrinin uzun bir geçmişi vardır. İlk kez, çevreleyen tüm nesneleri oluşturan en küçük görünmez parçacıkların varlığı fikri, MÖ 400 yıllarında Yunan filozofu Demokritos tarafından dile getirildi. Bu parçacıklara atom yani bölünemez parçacıklar adını verdi. Bilim, atom kavramını ancak 19. yüzyılın başında kullanmaya başladı, bu temelde bir dizi kimyasal fenomeni açıklamanın mümkün olduğu zaman. XIX yüzyılın 30'larında, M. Faraday tarafından geliştirilen elektroliz teorisinde, bir iyon kavramı ortaya çıktı ve temel yükün ölçümü gerçekleştirildi. 19. yüzyılın sonu, radyoaktivite olgusunun (A. Becquerel, 1896) keşfinin yanı sıra elektronların (J. Thomson, 1897) ve a-parçacıklarının (E. Rutherford, 1899) keşfiyle işaretlendi. 1905'te fizik, elektromanyetik alanın kuantum kavramını geliştirdi - fotonlar (A. Einstein).
1911'de atom çekirdeği keşfedildi (E. Rutherford) ve sonunda atomların karmaşık bir yapıya sahip olduğu kanıtlandı. 1919'da Rutherford, bir dizi elementin atom çekirdeğinin fisyon ürünlerinde protonları keşfetti. 1932'de J. Chadwick nötronu keşfetti. Atomların çekirdeğinin, atomların kendileri gibi karmaşık bir yapıya sahip olduğu ortaya çıktı. Çekirdek yapısının proton-nötron teorisi ortaya çıktı (D. D. Ivanenko ve V. Heisenberg). Aynı 1932'de kozmik ışınlarda bir pozitron keşfedildi (K. Anderson). Pozitron, elektronla aynı kütleye ve aynı (modulo) yüke sahip pozitif yüklü bir parçacıktır. Pozitronun varlığı 1928'de P. Dirac tarafından tahmin edildi. Bu yıllarda protonların ve nötronların karşılıklı dönüşümleri keşfedildi ve araştırıldı ve bu parçacıkların da doğanın değişmez temel "tuğlaları" olmadığı ortaya çıktı. 1937'de, kozmik ışınlarda, müon (μ-mezon) adı verilen 207 elektron kütlesi kütlesine sahip parçacıklar keşfedildi. Daha sonra, 1947-1950'de, modern kavramlara göre çekirdekteki nükleonlar arasındaki etkileşimi gerçekleştiren pionlar (yani π-mezonlar) keşfedildi. Sonraki yıllarda, yeni keşfedilen parçacıkların sayısı hızla artmaya başladı. Bu, kozmik ışınların çalışmaları, hızlandırıcı teknolojisinin gelişimi ve nükleer reaksiyonların incelenmesi ile kolaylaştırıldı.
Şu anda, genellikle temel olarak adlandırılan yaklaşık 400 alt nükleer parçacık bilinmektedir. Bu parçacıkların büyük çoğunluğu kararsızdır. Tek istisna foton, elektron, proton ve nötrinodur. Diğer tüm parçacıklar, düzenli aralıklarla diğer parçacıklara kendiliğinden dönüşümlere uğrarlar. Kararsız temel parçacıklar, yaşam süreleri açısından birbirlerinden büyük ölçüde farklıdır. En uzun ömürlü parçacık nötrondur. Nötron ömrü yaklaşık 15 dakikadır. Diğer parçacıklar çok daha kısa bir süre için "yaşar". Örneğin, bir μ-mezonun ortalama ömrü 2,2 · 10–6 s'dir ve nötr bir π-mezonun ömrü 0,87 · 10–16 s'dir. Birçok büyük parçacık - hiperonlar - 10–10 s mertebesinde bir ortalama ömre sahiptir.
Ömrü 10-17 s'yi geçen onlarca parçacık vardır. Mikro dünya ölçeğinde, bu önemli bir zamandır. Bu tür parçacıklara nispeten kararlı denir. Kısa ömürlü temel parçacıkların çoğu 10-22-10-23 s arasında bir ömre sahiptir.
Karşılıklı dönüşüm yeteneği, tüm temel parçacıkların en önemli özelliğidir. Temel parçacıklar doğup yok edilebilir (yayılır ve emilir). Bu aynı zamanda kararlı parçacıklar için de geçerlidir, tek fark, kararlı parçacıkların dönüşümlerinin kendiliğinden değil, diğer parçacıklarla etkileşime girdiğinde meydana gelmesidir. Bir örnek, yüksek enerjili fotonların üretimiyle birlikte bir elektron ve bir pozitronun yok olması (yani kaybolması). Zıt süreç de meydana gelebilir - örneğin, yeterince yüksek enerjiye sahip bir foton bir çekirdekle çarpıştığında bir elektron-pozitron çiftinin oluşturulması. Proton ayrıca elektron için pozitron gibi tehlikeli bir çifte sahiptir. Buna antiproton denir. Antiprotonun elektrik yükü negatiftir. Şu anda, tüm parçacıklarda antiparçacıklar bulunmuştur. Karşı parçacıklar parçacıklara karşıdır çünkü herhangi bir parçacık kendi karşı parçacığıyla karşılaştığında yok olurlar, yani her iki parçacık da yok olur ve radyasyon kuantumuna veya başka parçacıklara dönüşür.
Bir nötronun bile bir antiparçacığı olduğu bulunmuştur. Nötron ve antinötron, yalnızca manyetik moment ve baryon yükü olarak adlandırılan işaretlerde farklılık gösterir. Çekirdekleri antinükleonlardan ve pozitronların kabuğundan oluşan antimadde atomlarının varlığı mümkündür. Antimaddenin madde ile yok edilmesi sırasında, kalan enerji radyasyon kuantumunun enerjisine dönüştürülür. Bu, nükleer ve termonükleer reaksiyonlar sırasında açığa çıkandan önemli ölçüde üstün olan muazzam bir enerjidir.
Bugüne kadar bilinen çeşitli temel parçacıklarda, az çok uyumlu bir sınıflandırma sistemi bulunur. Tablo 9.9.1, 10-20 s'den fazla bir ömre sahip temel parçacıkların özellikleri hakkında bazı bilgiler sunar. Temel bir parçacığı karakterize eden birçok özellikten yalnızca parçacık kütlesi (elektron kütleleri olarak), elektrik yükü (temel yük birimleri olarak) ve açısal momentum (sözde spin), Planck sabiti ħ = h birimleri cinsindendir. / 2π tabloda belirtilmiştir. Tablo ayrıca bir parçacığın ortalama ömrünü de gösterir.
Grup
parçacık adı
Sembol
Kütle (elektronik kütlelerde)
Elektrik şarjı
Döndürmek
Ömür (ler)
parçacık
antiparçacık
fotonlar
Foton
γ

Kararlı
leptonlar
elektronik nötrino
νe

1 / 2
istikrarlı bir şekilde
müon nötrino
νμ

1 / 2
istikrarlı bir şekilde
Elektron
e–
e +

–1 1
1 / 2
Kararlı
mü mezon
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
hadronlar
mezonlar
Pi-mezonlar
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
K-mezonlar
+
K -
966,4
1 –1

1,24∙10–8
0

≈ 10–10–10–8
Bu boş bir mezon
η0

≈ 10–18
baryonlar
Proton
P

1836,1
1 –1
1 / 2
Kararlı
Nötron
n

Lambda hiperonu
Λ0

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

1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –

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

–1 1
1 / 2
0,82∙10–11

Tablo 9.9.1.
Temel parçacıklar üç grupta birleştirilir: fotonlar, leptonlar ve hadronlar.
Foton grubu, tek bir parçacık içerir - elektromanyetik etkileşimin taşıyıcısı olan bir foton.
Bir sonraki grup, hafif lepton parçacıklarından oluşur. Bu grup iki tür nötrino (elektron ve müon), elektron ve μ-mezonu içerir. Leptonlar ayrıca tabloda listelenmeyen bir dizi parçacık içerir. Tüm leptonların bir dönüşü vardır
Üçüncü büyük grup, hadron adı verilen ağır parçacıklardan oluşur. Bu grup iki alt gruba ayrılır. Daha hafif parçacıklar mezonların bir alt grubunu oluşturur. Bunların en hafifi, pozitif ve negatif yüklüdür, ayrıca kütleleri yaklaşık 250 elektron kütlesi olan nötr π-mezonlardır (Tablo 9.9.1). Tıpkı fotonların bir elektromanyetik alanın kuantaları olması gibi, şakayıklar da bir nükleer alanın kuantalarıdır. Bu alt grup ayrıca dört K mezonu ve bir η0 mezonunu içerir. Tüm mezonların dönüşü sıfırdır.
İkinci alt grup, baryonlar, daha ağır parçacıkları içerir. En kapsamlı olanıdır. Baryonların en hafifi nükleonlardır - protonlar ve nötronlar. Bunları hiperonlar takip eder. 1964 yılında keşfedilen Omega-eksi-hiperon tabloyu kapatır.3273 elektron kütlesi kütlesine sahip ağır bir parçacıktır. Tüm baryonların bir dönüşü vardır
Keşfedilen ve yeni keşfedilen hadronların bolluğu, bilim adamlarını hepsinin daha temel parçacıklardan oluştuğu fikrine götürdü. 1964'te Amerikalı fizikçi M. Gell-Mann, sonraki araştırmalarla doğrulanan, tüm ağır temel parçacıkların - hadronların - kuark adı verilen daha temel parçacıklardan oluştuğuna dair bir hipotez ortaya koydu. Kuark hipotezine dayanarak, sadece bilinen hadronların yapısı anlaşılmakla kalmadı, aynı zamanda yenilerinin varlığı da tahmin edildi. Gell-Mann teorisi, birbiriyle çeşitli kombinasyonlarda bağlanan üç kuark ve üç antikuarkın varlığını varsayıyordu. Böylece, her baryon üç kuarktan oluşur ve bir antibaryon üç antikuarktan oluşur. Mezonlar kuark-antikuark çiftlerinden oluşur.
Kuark hipotezinin benimsenmesiyle uyumlu bir temel parçacık sistemi yaratmak mümkün oldu. Ancak, bu varsayımsal parçacıkların tahmin edilen özelliklerinin oldukça beklenmedik olduğu ortaya çıktı. Kuarkların elektrik yükü, temel yüke eşit kesirli sayılarla ifade edilmelidir.
Yüksek enerjili hızlandırıcılarda ve kozmik ışınlarda gerçekleştirilen serbest durumdaki kuarkların sayısız araştırması başarısız oldu. Bilim adamları, serbest kuarkların gözlemlenemezliğinin nedenlerinden birinin muhtemelen çok büyük kütleleri olduğuna inanıyor. Bu, modern hızlandırıcılarla elde edilen enerjilerde kuark üretimini engeller. Yine de çoğu uzman, kuarkların ağır parçacıkların - hadronların - içinde var olduğuna ikna olmuş durumda.
Temel etkileşimler. Çeşitli temel parçacıkların dahil olduğu süreçler, karakteristik zamanları ve enerjileri bakımından büyük farklılıklar gösterir. Modern kavramlara göre, doğada daha basit etkileşim türlerine indirgenemeyecek dört tür etkileşim vardır: güçlü, elektromanyetik, zayıf ve yerçekimi. Bu tür etkileşimlere temel denir.
Güçlü (veya nükleer) etkileşimler, tüm etkileşimlerin en yoğun olanıdır. Atom çekirdeğindeki protonlar ve nötronlar arasında son derece güçlü bir bağ sağlarlar. Sadece ağır parçacıklar - hadronlar (mezonlar ve baryonlar) - güçlü bir etkileşimde yer alabilir. Güçlü etkileşim 10-15 m veya daha kısa mesafelerde kendini gösterir, bu nedenle kısa menzilli olarak adlandırılır.
Elektromanyetik etkileşim. Elektromanyetik alanın fotonları - kuantalarının yanı sıra, elektrik yüklü herhangi bir parçacık bu tür bir etkileşimde yer alabilir. Elektromanyetik etkileşim, özellikle atomların ve moleküllerin varlığından sorumludur. Katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin birçok özelliğini belirler. Protonların Coulomb itmesi, büyük kütle sayılarına sahip çekirdeklerin kararsızlığına yol açar. Elektromanyetik etkileşim, maddenin atomları ve molekülleri tarafından fotonların absorpsiyon ve emisyon süreçlerini ve mikro ve makro dünyanın fiziğinin diğer birçok sürecini belirler.
Zayıf etkileşim, mikro dünyadaki tüm etkileşimlerin en yavaşıdır. Fotonlar hariç herhangi bir temel parçacık buna katılabilir. Zayıf etkileşim, nötrinoları veya antinötrinoları içeren süreçlerin seyrinden sorumludur, örneğin bir nötronun β-çözünmesi

Ayrıca uzun ömürlü (τ ≥ 10–10 s) parçacıkların nötrinosuz bozunma süreçleri.
Yerçekimi etkileşimi istisnasız tüm parçacıkların doğasında vardır, ancak temel parçacıkların küçük kütleleri nedeniyle, aralarındaki yerçekimi etkileşimi kuvvetleri ihmal edilebilir ve mikro dünyanın süreçlerindeki rolleri önemsizdir. Yerçekimi kuvvetleri, uzay nesnelerinin (yıldızlar, gezegenler vb.) devasa kütleleriyle etkileşiminde belirleyici bir rol oynamaktadır.
XX yüzyılın 30'lu yıllarında, temel parçacıklar dünyasında etkileşimlerin herhangi bir alanın kuantum değişimi yoluyla gerçekleştirildiğine dair bir hipotez ortaya çıktı. Bu hipotez aslen yurttaşlarımız I. Ye. Tamm ve D. D. Ivanenko tarafından ortaya atıldı. Atomların kovalent kimyasal bağının, boş elektron kabukları üzerinde birleşen değerlik elektronlarının değişiminden ortaya çıkması gibi, temel etkileşimlerin de parçacıkların değişiminden kaynaklandığını varsaydılar.
Parçacıkların değişimi ile gerçekleştirilen etkileşim, fizikte değişim etkileşimi adını almıştır. Bu nedenle, örneğin, yüklü parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşim, fotonların - elektromanyetik alanın kuantalarının - değiş tokuşundan kaynaklanır.
Değişim etkileşimi teorisi, 1935'te Japon fizikçi H. Yukawa'nın teorik olarak atom çekirdeğindeki nükleonlar arasındaki güçlü etkileşimin, nükleonların mezon adı verilen varsayımsal parçacıkları değiştirdiğini varsayarsak açıklanabileceğini göstermesinden sonra kabul gördü. Yukawa, yaklaşık olarak 300 elektron kütlesine eşit olduğu ortaya çıkan bu parçacıkların kütlesini hesapladı. Böyle bir kütleye sahip parçacıklar daha sonra keşfedildi. Bu parçacıklara π-mezonlar (pionlar) denir. Şu anda üç tip pion bilinmektedir: π +, π– ve π0 (bkz. Tablo 9.9.1).
1957'de, W +, W– ve Z0 vektör bozonları olarak adlandırılan ağır parçacıkların varlığı teorik olarak tahmin edildi ve bu da zayıf etkileşim değişim mekanizmasına neden oldu. Bu parçacıklar, 1983 yılında yüksek enerjili çarpışan proton ve antiproton ışınlarıyla yapılan hızlandırıcı deneylerinde keşfedildi. Vektör bozonlarının keşfi, temel parçacık fiziğinde çok önemli bir başarıydı. Bu keşif, elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri tek bir sözde elektrozayıf etkileşimde birleştiren bir teorinin başarısına işaret ediyordu. Bu yeni teori, elektromanyetik alanı ve zayıf etkileşim alanını, elektromanyetik alanın kuantumuyla birlikte vektör bozonlarının katıldığı aynı alanın farklı bileşenleri olarak kabul eder.
Modern fizikteki bu keşiften sonra, her tür etkileşimin birbiriyle yakından ilişkili olduğuna ve özünde belirli bir birleşik alanın farklı tezahürleri olduğuna dair güvende önemli bir artış oldu. Bununla birlikte, tüm etkileşimlerin birleşimi hala sadece çekici bir bilimsel hipotezdir.
Teorik fizikçiler, yalnızca elektromanyetik ve zayıf etkileşimi değil, aynı zamanda güçlü etkileşimi de birleşik bir temelde ele alma girişimlerinde büyük çaba harcarlar. Bu teoriye Büyük Birleşme denir. Bilim adamları, yerçekimi etkileşiminin kendi taşıyıcısına sahip olması gerektiğini öne sürüyorlar - graviton adı verilen varsayımsal bir parçacık. Ancak bu parçacık henüz keşfedilmedi.
Şu anda, tüm etkileşim türlerini birleştiren tek bir alanın, modern hızlandırıcılarda erişilemeyen, ancak son derece yüksek parçacık enerjilerinde var olabileceği kanıtlanmıştır. Parçacıklar bu kadar yüksek enerjilere ancak Big Bang'in bir sonucu olarak ortaya çıkan Evrenin varlığının ilk aşamalarında sahip olabilir. Kozmoloji - evrenin evrimi bilimi - Büyük Patlama'nın 18 milyar yıl önce gerçekleştiğini öne sürüyor. Evrenin evriminin standart modelinde, patlamadan sonraki ilk dönemde sıcaklığın 1032 K'ye ulaşabileceği ve parçacık enerjisi E = kT'nin 1019 GeV'ye ulaşabileceği varsayılmaktadır. Bu dönemde madde, kuarklar ve nötrinolar şeklinde var olurken, her türlü etkileşim tek bir kuvvet alanında birleştirildi. Yavaş yavaş, Evren genişledikçe, parçacıkların enerjisi azaldı ve yerçekimi etkileşimi ilk önce birleşik etkileşim alanından (< 1019 GeV parçacıkların enerjilerinde) serbest bırakıldı ve daha sonra güçlü etkileşim elektrozayıftan ayrıldı (enerjilerde) 1014 GeV sırasına göre). 103 GeV mertebesindeki enerjilerde, dört tip temel etkileşimin hepsinin ayrı olduğu bulundu. Bu süreçlerle eşzamanlı olarak, daha karmaşık madde biçimlerinin oluşumu oldu - nükleonlar, hafif çekirdekler, iyonlar, atomlar, vb. Modelindeki kozmoloji, Evrenin gelişiminin Büyük Patlama'dan günümüze gelişiminin farklı aşamalarındaki evrimini izlemeye çalışır. gün, temel parçacık fiziği yasalarına dayanarak nükleer ve atom fiziğinin yanı sıra.
































İleri geri

Dikkat! Slayt önizlemeleri yalnızca bilgi amaçlıdır ve tüm sunum seçeneklerini temsil etmeyebilir. Bu işle ilgileniyorsanız, lütfen tam sürümünü indirin.

Ders 11. sınıfta yapılır ve 2 akademik saat için tasarlanmıştır ve birkaç bloğa bölünmüştür:

  • bir atomdaki elektronun durumunu tanımlayan özellikler;

Bu blokların her biri hem bireysel hem de toplu olarak değerlendirilebilir. Bu nedenle, "Temel parçacık fiziğinin gelişim aşamaları" (Slayt 1-5) bloğu, ilgili konuyu giriş düzeyinde incelerken 9. sınıfta düşünülebilir. Ayrıca 9. sınıfta, öğrencilerin çalışmalarını ders kitabıyla düzenlerken "Temel parçacıkların kayıt yöntemleri" (Slayt 29-31) bloğunu kullanabilirsiniz. "Etkileşim türleri ve özellikleri" bloğu (Slayt 11-15) 10. sınıfın ilk derslerinde kullanılabilir.

11. sınıfta (bir hafta boyunca) konu çalışmadan önce öğrencilerden aşağıdaki alanlarda mesaj hazırlamaları istenir:

  • temel parçacık fiziğinin gelişim aşamaları;
  • etkileşim türleri ve özellikleri;
  • temel parçacıkların kayıt yöntemleri.

Bu konuları daha önce incelediler (9-10. sınıflar), bu nedenle hazırlık fazla zaman almaz ve genellikle soru sormaz. Ders sırasında öğrenciler, mesajlara ve sunum slaytlarına dayalı olarak çalışma kitaplarına notlar alırlar. "Atomlardaki bir elektronun durumunu tanımlayan özellikler" bloğu bir ders olarak kabul edilir. Ders sırasında öğrenciler sadece özelliklerin isimlerini yazarlar.

Kullanılmış Kitaplar:

  1. Temel fizik ders kitabı, ed. acad. GS Landsberg. Cilt 3. M.: "Bilim", 1975
  2. BM Yavorsky, A.A. detlaf Fizik kursu. Cilt 3. M.: "Lise", 1971
  3. BM Yavorsky, A.A. detlaf Fizik: Lise öğrencileri ve üniversitelere girenler için. M.: "Toy", 2000
  4. Öğretmenin. Fizik. Etkileşimli dersler. Disk 1. LLC "Multimedya Teknolojileri ve Uzaktan Eğitim", 2003
  5. L.Ya. Borevski 21. yüzyılın fizik dersi. M.: "Medya Evi", 2003

Ders konusu:"Temel parçacıklar ve özellikleri"

Dersin amacı:

  • eğitici: Aşağıdaki bilgilere hakim olan öğrenciler elde etmek için:

    • mikro dünyada, karakteristik ölçekler ve enerjilerde farklılık gösteren üç seviye ayırt edilir (moleküler-atomik, nükleer, temel parçacıkların seviyesi);
    • doğada yaklaşık 400 farklı temel parçacık vardır (karşıt parçacıklarla birlikte);
    • 4 tür temel etkileşim vardır (güçlü, elektromanyetik, zayıf, yerçekimi)
    • güçlü etkileşim, ağır parçacıkların özelliğidir; elektromanyetik alana yalnızca elektrik yüklü parçacıklar doğrudan katılır; zayıf etkileşim, fotonlar hariç tüm parçacıkların özelliğidir; yerçekimi etkileşimi, Evrenin tüm bedenlerinde doğasında bulunur ve kendini evrensel yerçekimi kuvvetleri şeklinde gösterir;
    • temel etkileşimler yoğunluk, etki alanı, karakteristik zamanlar ve ayrıca onların doğal korunum yasaları bakımından farklılık gösterir;
    • tüm temel parçacıklar leptonlara (temel) ve hadronlara (bileşik) ayrılır;
    • hadronlar mezonlara ve baryonlara ayrılır;
  • gelişmekte: aşağıdaki etkinlikleri öğrenen öğrenciler edinin:
    • özelliklerine göre farklı temel etkileşim türlerini tanır;
    • temel parçacıkların sınıflandırılmasını gerçekleştirir;
    • korunum yasalarını dikkate alarak temel parçacıkların dönüşümlerinin reaksiyonlarını yazmak;
    • temel parçacıkların kaydı için cihazların cihazını ve çalışma prensibini açıklamak;
  • eğitici: öğrencileri şuna ikna edin:
    • tüm temel parçacıklar birbirine dönüşür ve bu karşılıklı dönüşümler varlıklarının ana gerçeğidir;
    • tüm temel etkileşimlerin ortak (değişim) mekanizmasının tanımlanması, dünyanın resmini açıklayan birleşik bir teori inşa etme olasılığı için umut verir;
    • Maddeyi oluşturan parçalar şunlardır: 6 tip kuark ve 6 lepton, aralarındaki etkileşim karşılık gelen etkileşim taşıyıcılarının (foton, 8 gluon, 3 ara bozon ve graviton) değişimi yoluyla gerçekleştirilir.

Ders türü: kombine.

Teçhizat: medya projektörü, ekran, bilgisayar, "Parçacık kayıt yöntemleri" tablosu, "Temel etkileşimler" tablosu, çalışma notları ( Ek 1 , Ek 2 )

Ders planı:

I. Bilgiyi geliştirmek

Öğretmenin dünyanın bilimsel resmini anlama ihtiyacı hakkında tanıtım sözleri.

II. bilgi edinme

1) Öğrenci mesajı "Temel parçacık fiziğinin gelişim aşamaları" (Slayt 1-5)
2) Ders "Bir elektronun atomdaki durumu" (Slayt 6-10)
3) "Etkileşim türleri" mesajı (Slayt 11-15)
4) Ders "Temel parçacıkların özellikleri" (Slayt 16-28)
5) Öğrenci mesajı "Temel parçacıkların kayıt yöntemleri" (Slayt 29-31)

3) Yükün korunumu yasaları açısından sunulan reaksiyonların olasılığını açıklayın (reaksiyonlar öğretmenin takdirine bağlı olarak seçilir). Tablo verilerini kullan ( Ek 1 )

4) Yükün korunumu yasasını kullanarak, tablo 2 ( Ek 1 ) ve Ek 2 , bazı hadronların kuark kompozisyonunu açıklayın (öğretmenin takdirine bağlı olarak)

IV. Bilgi kontrolü

1. Egzersiz.

Önerilen özelliklere dayanarak, sunulan etkileşimlerin ne tür olduğunu belirleyin.

Etkileşim türü yoğunluk Karakteristik zaman, s
1/137 ~10-20
~1 ~ 10-23
~ 10-38 ?
~ 10-10 ~

Görev 2.

Ne tür bir etkileşim tarafından taşınır:

  • Gluonlar
  • ara bozonlar
  • fotonlar
  • Gravitonlar

Görev 3.

Etkileşimlerin her birinin aralığı nedir?

V. Ödev

§§ 115, 116, 14. bölümün özeti

Temel parçacıkların özelliklerini ve davranışlarını açıklamak için, kütleye, elektrik yüküne ve türüne ek olarak, aşağıda tartışacağımız bir dizi ek karakteristik nicelik (kuantum sayıları) ile donatılmalıdır.

Temel parçacıklar genellikle alt bölümlere ayrılır. dört sınıf ... Bu sınıflara ek olarak, bir tanecik sınıfının daha olduğu varsayılır - gravitonlar (yerçekimi alanının niceliği). Bu parçacıklar henüz deneysel olarak bulunamadı.

Dört temel parçacık sınıfının kısa bir tanımını verelim.

Sadece bir parçacık bunlardan birine ait - foton .

fotonlar (elektromanyetik alanın kuantası) elektromanyetik etkileşimlere katılır, ancak güçlü ve zayıf etkileşimlere sahip değildir.

İkinci sınıf tarafından oluşturulur leptonlar , üçüncü - hadronlar ve son olarak dördüncü - ayar bozonları (sekme 2)

Tablo 2

Temel parçacıklar

leptonlar

ölçer

bozonlar

hadronlar

n, P,

hiperonlar

baryonik

rezonanslar

mezonik

rezonanslar

leptonlar (Yunanca " leptos" - ışık) - parçacıklar,elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerde yer alır... Bunlar, güçlü etkileşimleri olmayan parçacıkları içerir: elektronlar (), müonlar (), taonlar (), ayrıca elektron nötrinoları (), müonik nötrinolar () ve tau nötrinoları (). Tüm leptonların spinleri 1/2'ye eşittir ve bu nedenle fermiyonlar ... Tüm leptonlar zayıf bir etkileşime sahiptir. Elektrik yüküne sahip olanlar (yani müonlar ve elektronlar) da elektromanyetik etkileşime sahiptir. Nötrinolar sadece zayıf etkileşimlerde yer alır.

hadronlar (Yunanca " adros"- büyük, masif) - parçacıklar,güçlü katılmak,elektromanyetik ve zayıf etkileşimler. Bugün yüzden fazla hadron bilinmektedir ve bunlar alt gruplara ayrılmaktadır. baryonlar ve mezonlar .

baryonlar - hadronlar,üç kuarktan oluşan (qqq) ve B baryon numarasına sahip olmak = 1.

Baryon sınıfı nükleonları birleştirir ( P, n) ve kütleleri nükleonların kütlesinden daha büyük olan kararsız parçacıklara denir. hiperonlar (). Tüm hiperonlar güçlü bir etkileşime sahiptir ve bu nedenle aktif olarak atom çekirdeği ile etkileşime girer. Tüm baryonların dönüşü 1/2'dir, yani baryonlar fermiyonlar ... Proton hariç tüm baryonlar kararsızdır. Bir baryon, diğer parçacıklarla birlikte bozunduğunda, zorunlu olarak bir baryon oluşur. Bu desen bir baryon yükünün korunumu yasasının tezahürleri.

mezonlar - hadronlar,bir kuark ve bir antikuarktan oluşan () ve bir baryon numarasına sahip olmak B = 0.

Mezonlar, baryonik yük olarak adlandırılan yükü taşımayan, yüksek oranda etkileşen kararsız parçacıklardır. Bunlar arasında -mezonlar veya pionlar (), K-mezonlar veya kaonlar ( ) ve -mezonlar. Kütleler ve mezonlar aynı ve sırasıyla 273.1, 264.1 ömür ve s'ye eşittir. K-mezonlarının kütlesi 970'dir. K-mezonlarının ömrü s mertebesindedir. Eta-mezonların kütlesi 1074, ömrü s mertebesindedir. Leptonlardan farklı olarak, mezonlar yalnızca zayıf (ve yüklüyse elektromanyetik) değil, aynı zamanda birbirleriyle etkileşimlerinde ve mezonlar ve baryonlar arasındaki etkileşimde kendini gösteren güçlü bir etkileşime sahiptir. Tüm mezonların dönüşü sıfırdır, yani bozonlar.

bozonları ölçmek - parçacıklar,temel fermiyonlar arasındaki etkileşim(kuarklar ve leptonlar). bunlar parçacıklar W + , W – , Z 0 ve sekiz tip gluon g. Bu aynı zamanda foton γ'yi de içerir.

Temel parçacıkların özellikleri

Her parçacık bir dizi fiziksel nicelik ile tanımlanır - özelliklerini belirleyen kuantum sayıları. En yaygın olarak kullanılan parçacık özellikleri aşağıdaki gibidir.

parçacık kütlesi , m... Parçacık kütleleri 0 (foton) ile 90 GeV ( Z-bozon). Z-bozon bilinen en ağır parçacıktır. Ancak, daha ağır parçacıklar olabilir. Hadronların kütleleri, kuarklarının türlerine ve spin durumlarına bağlıdır.

Ömür , τ. Ömrüne bağlı olarak, parçacıklar şu şekilde bölünür: kararlı parçacıklar nispeten uzun bir ömre sahip ve dengesiz.

İLE kararlı parçacıklar zayıf veya elektromanyetik etkileşimle bozunan parçacıkları içerir. Parçacıkların kararlı ve kararsız olarak bölünmesi keyfidir. Bu nedenle, kararlı parçacıklar, şu anda bozunmaları tespit edilmemiş bir elektron, bir proton ve bir ömre sahip olan π 0 mezon gibi parçacıkları içerir τ = 0.8 × 10 - 16 s.

İLE kararsız parçacıklar güçlü etkileşim sonucu bozunan parçacıkları içerir. Genellikle denir rezonanslar ... Rezonansların karakteristik ömrü 10 - 23 -10 - 24 s'dir.

Döndürmek J... Spin, birimlerle ölçülür ħ 0, yarım tamsayı ve tamsayı değerleri alabilir. Örneğin, π-, K-mezonlarının dönüşü 0'dır. Bir elektronun, bir müonun dönüşü 1/2'dir. Bir fotonun dönüşü 1'dir. Büyük bir dönüşü olan parçacıklar vardır. Yarı tamsayılı spinli parçacıklar, tamsayılı spinli - Bose-Einstein ile Fermi-Dirac istatistiklerine uyar.

Elektrik şarjı Q... Elektrik yükü bir tamsayının katıdır e= 1,6 × 10 - 19 C, temel elektrik yükü olarak adlandırılır. Parçacıkların yükü 0, ± 1, ± 2 olabilir.

İç parite r. Kuantum sayısı r uzaysal yansımalara göre dalga fonksiyonunun simetri özelliğini karakterize eder. Kuantum sayısı r+1, -1 değerine sahiptir.

Tüm parçacıklar için ortak olan özelliklerin yanı sıra, sadece belirli parçacık gruplarına atanan kuantum sayıları.

Kuantum sayıları : baryon numarası V, tuhaflık s, Cazibe (Cazibe) ile birlikte, güzellik (diptelik veya güzellik) B, üst (zirve) T, izotopik dönüş ben sadece güçlü bir şekilde etkileşime giren parçacıklara atfedilir - hadronlar.

Lepton sayıları L e, L μ , Lτ. Lepton numaraları, bir grup lepton oluşturan parçacıklara atanır. leptonlar e, μ ve τ yalnızca elektromanyetik ve zayıf etkileşimlere katılır. leptonlar ν e, n μ ve n τ sadece zayıf etkileşimlere katılır. Lepton sayıları önemlidir L e, L μ , Lτ = 0, +1, -1. Örneğin, e -, elektron nötrino n e Sahip olmak L e= + l; Sahip olmak L e= - l. Tüm hadronlar .

baryon numarası V... Baryon sayısı önemlidir V= 0, +1, -1. Baryonlar, örneğin, n, r, Λ, Σ, nükleon rezonanslarının bir baryon numarası vardır V= +1. Mezonlar, mezon rezonansları var V= 0, antibaryonlar V = -1.

tuhaflık s... Kuantum sayısı -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 değerlerini alabilir ve hadronların kuark bileşimi tarafından belirlenir. Örneğin, hiperonlar Λ, Σ var s= -l; K + - , K- - mezonlar var s= + l.

Cazibe ile birlikte... Kuantum sayısı ile birlikte ile birlikte= 0, +1 ve -1. Örneğin, baryon Λ + ile birlikte = +1.

diplik B... Kuantum sayısı B-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 değerlerini alabilir. Şu anda, parçacıklar keşfedilmiştir. B= 0, +1, -1. Örneğin, V+ -meson vardır B = +1.

üstlük T... Kuantum sayısı T-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 değerlerini alabilir. Şu anda, yalnızca bir koşul keşfedildi T = +1.

izospin ben... Güçlü etkileşimli parçacıklar, benzer özelliklere sahip parçacık gruplarına ayrılabilir (aynı spin değeri, parite, baryon sayısı, tuhaflık ve güçlü etkileşimlerde korunan diğer kuantum sayıları) - izotopik çoklu... izospin ben bir izotopik multiplette bulunan parçacıkların sayısını belirler, n ve r izotopik bir ikili oluşturur ben= 1/2; Σ +, Σ -, Σ 0, izotopik üçlü ben= 1, Λ - izotop tekli ben= 0, bir tanesine dahil olan parçacıkların sayısı izotopik çoklu, 2ben + 1.

G - parite eş zamanlı yük konjugasyon işlemine göre simetriye karşılık gelen kuantum sayısıdır ile birlikte ve üçüncü bileşenin işaretinin değiştirilmesi ben izospin. G- parite yalnızca güçlü etkileşimlerde korunur.

Temel parçacıkların dünyası

11. sınıfta ders

Dersin amacı:

eğitici:

Öğrencilere temel parçacıkların yapısı, çekirdek içindeki kuvvetlerin ve etkileşimlerin özellikleri hakkında bilgi vermek; edinilen bilgileri genelleştirmeyi ve analiz etmeyi, düşüncelerinizi doğru bir şekilde ifade etmeyi öğretmek; düşüncenin gelişimini, bilgiyi yapılandırma yeteneğini teşvik etmek; dünyayla duygusal bir değer ilişkisi geliştirmek

Geliştirme:

Düşünme gelişimine, analiz etme, karşılaştırma, mantıklı sonuçlar çıkarma becerisine devam edin.

Merak, çeşitli durumlarda bilgi ve deneyimi uygulama yeteneği geliştirin.

eğitici:

Entelektüel takım çalışması becerilerinin geliştirilmesi; ahlaki öz-farkındalığın temellerinin eğitimi (düşünce: bir bilim insanının sorumluluğu, keşiflerinin meyveleri için kaşif);

Belirli fenomenlerin keşfi için ön koşulların incelenmesinde öğrencilerin popüler bilim literatürüne olan ilgilerini uyandırın.

Dersin amacı:

Öğrencinin şunları yapabileceği entelektüel ve iletişimsel yeterliliklerin gelişimi için koşullar yaratın:

Temel parçacıkların ana türlerini adlandırın;

Modern standart dünya modelinin belirsizliğini kavrar;

Temel parçacıkların gelişim tarihi hakkında fikirlerinizi formüle edin;

Temel fiziğin gelişiminin rolünü analiz eder;

Temel parçacıkları bileşimlerine göre sınıflandırır;

Kendi pozisyonunuza sahip olmanız gerektiğini düşünün, farklı bir bakış açısına tahammül edin;

Bir grupta çalışırken çatışmasız iletişim gösterin.

Ders türü: yeni materyal öğrenmek.

Ders formu: birleşik ders

Ders yöntemleri: sözlü, görsel, pratik.

Teçhizat: bilgisayar sunumu, multimedya projektörü, öğrenci çalışma kitabı, kişisel bilgisayar.

ders adımları

Zaman, dk.

Yöntemler ve teknikler

1. Organizasyonel giriş. Eğitim sorununun ifadesi.

Dersin konusunu kaydetme. Öğretmenin hikayesi.

2. Bilginin hayata geçirilmesi (öğrenci sunumu)

Öğrencinin mevcut bilgi hakkındaki hikayesi, yeni şeyler öğrenmenin ön koşulları.

3. Yeni materyal öğrenme (öğretmen sunumu)

Slaytları kullanarak öğretmenin hikayesi. Gözlem. Konuşma. Slaytlar kullanarak öğrenci hikaye anlatımı.

4. Çalışılan materyalin geliştirilmesi. Demirleme.

Referans notlarına göre konsolidasyon ve

ders kitabı ile çalışın. Güvenlik sorularının cevapları.

5. Özetlemek. Ödev

Ana öğretmenin, öğrencilerin tahsisi.

Dersler sırasında

    Dersin organizasyon anı(selamlama, öğrencilerin derse hazır olup olmadığını kontrol etme)

Bugün derste, bizi çevreleyen her şeyin parçacıklardan oluştuğu dünyanın yapısı hakkında çeşitli görüşleri ele alacağız. Ders bir konferans gibi olacak ve çoğunlukla sizden dikkat gerekiyor.

Dersin başında, parçacıklar doktrininin ortaya çıkış tarihini dikkatinize sunmak istiyorum.

2. Bilgi güncellemesi (V. Aleksakhina'nın sunumu "Parçacıklar hakkında bilgi geliştirme tarihi")

Slayt 2. Antik atomculuk- bu, antik çağ bilim adamları tarafından dünyanın yapısı kavramıdır. Demokritos'un fikirlerine göre, atomlar ebedi, değişmez, bölünmez, şekil ve büyüklükleri farklı olan, birbirine bağlanan ve ayrılan çeşitli cisimler oluşturan parçacıklardı.

Slayt 3. Bilim adamları Dirac, Galileo ve Newton'un görelilik ilkesini, dinamik yasalarını, koruma yasalarını, evrensel yerçekimi yasasını keşfetmeleri sayesinde, 17. yüzyılda, eskilerin atomizmi önemli değişiklikler geçirdi ve bilimde sağlam bir şekilde yerleşti. dünyanın mekanik resmi yerçekimi etkileşimine dayanan , tüm cisimler ve parçacıklar, yükten bağımsız olarak buna tabidir.

Slayt 4. Elektriksel, manyetik ve optik fenomenlerin incelenmesinde biriken bilgi, dünyanın resmini tamamlama ve geliştirme ihtiyacına yol açtı. Böylece 19. yüzyılda ve 20. yüzyılın başlarına kadar egemen olmaya başlamıştır. dünyanın elektrodinamik resmi... Zaten iki tür etkileşimi düşündü - yerçekimi ve elektromanyetik. Ancak sadece termal radyasyonu, atomun kararlılığını, radyoaktiviteyi, fotoelektrik etkiyi, çizgi spektrumunu açıklayamadılar.

Slayt 5. 20. yüzyılın başında, Planck, Einstein, Bohr, Stoletov ve Louis de Broglie'nin parçacık-dalga ikiliği tarafından desteklenen enerjiyi niceleme fikri ortaya çıktı. Bu keşifler ortaya çıkışını işaret etti. dünyanın kuantum alan resmi, güçlü bir etkileşimin de eklendiği. Temel parçacık fiziğinin aktif gelişimi başladı.

3. Yeni materyal öğrenmek

20. yüzyılın otuzlu yıllarına kadar dünyanın yapısı bilim adamlarına en basit haliyle sunuldu. Tüm maddeyi oluşturan parçacıkların "tam setinin" bir proton, nötron ve elektron olduğuna inanıyorlardı. Bu nedenle, onlara temel denirdi. Bu parçacıklar ayrıca elektromanyetik etkileşimlerin bir taşıyıcısı olan bir foton içerir.

Slayt 6.Dünyanın Modern Standart Modeli:

Madde, etkileşim taşıyıcıları olan kuarklar, leptonlar ve parçacıklardan oluşur.

Tüm temel parçacıklar için antiparçacıkları tespit etme olasılığı vardır.

Dalga-parçacık ikiliği. Belirsizlik ve nicemleme ilkeleri.

Güçlü, elektromanyetik ve zayıf etkileşimler, büyük birleşme teorileri ile tanımlanır. Geriye kalan ise birleşik yerçekimi.

7. Slayt Bir atomun çekirdeği, kuarklardan oluşan hadronlardan oluşur. Hadronlar, güçlü etkileşimlerde yer alan parçacıklardır.

Hadronların sınıflandırılması: Mezonlar bir kuark ve bir antikuarktan oluşur Baryonlar üç kuarktan oluşur - nükleonlar (protonlar ve nötronlar) ve

hiperonlar.

8. Slayt Kuarklar, hadronları oluşturan temel parçacıklardır. Şu anda, bilinen 6 farklı kuark türü (daha sık derler - tatlar) vardır. Kuarklar güçlü etkileşimlere sahiptir, güçlü, zayıf ve elektromanyetiklere katılır. Kendi aralarında gluonları, sıfır kütleli ve sıfır yüklü parçacıkları değiştirirler. Tüm kuarklar için antikuarklar vardır . Serbestçe gözlemlenemezler. Kesirli bir elektrik yükleri vardır: + 2 / 3e - U-kuarklar (yukarı) ve -1 / 3e - d-kuark (aşağı) olarak adlandırılır.

Bir elektronun kuark bileşimi - uud, bir protonun kuark bileşimi - udd

Slayt 9.Çekirdeğin parçası olmayan parçacıklar leptonlardır. Leptonlar, güçlü etkileşimlere katılmayan temel parçacıklardır. Bugün itibariyle 6 lepton ve bunların 6 karşıt parçacığı bilinmektedir.

Tüm parçacıkların antiparçacıkları vardır. Leptonlar ve onların karşıt parçacıkları: bir elektron ve onlarla birlikte bir pozitron, bir elektron nötrinosu ve bir antinötrino. Müon ve anti-muon onlarla birlikte müon nötrino ve antineutrino. Taon ve antitaon - taon nötrino ve antineutrino.

Slayt 10. Doğadaki tüm etkileşimler dört türün tezahürleridir. temel etkileşimler temel parçacıklar - leptonlar ve kuarklar arasında.

Güçlü etkileşim kuarklar etkilenir ve gluonlar onun taşıyıcılarıdır. Protonları, nötronları ve diğer parçacıkları oluşturmak için onları birbirine bağlar. Atom çekirdeğindeki protonların bağlanmasını dolaylı olarak etkiler.

elektromanyetik etkileşim yüklü parçacıklar etkilenir. Bu durumda, elektromanyetik kuvvetlerin etkisi altında, parçacıkların kendileri değişmez, ancak benzer yükler durumunda sadece itme özelliğini kazanırlar.

Zayıf etkileşim kuarklar ve leptonlar etkilenir. En ünlü zayıf etkileşim etkisi, nötronun bir proton, bir elektron ve bir antinötrinoya bozunmasına neden olan bir aşağı kuarkın yukarı bir kuark haline dönüşmesidir.

Zayıf etkileşimin en temel türlerinden biri, Higgs etkileşimi... Varsayımlara göre, Higgs alanı (gri arka plan) tüm sıvı alanını doldurur ve zayıf etkileşimlerin aralığını sınırlar. Ayrıca Higgs bozonu, kuarklar ve leptonlarla etkileşime girerek kütlelerinin varlığını sağlar.

Yerçekimi etkileşimi. Bilinen en zayıfıdır. İstisnasız tüm etkileşim türlerinin parçacıklarını ve taşıyıcılarını içerir. Henüz deneysel olarak keşfedilmemiş tek parçacık olan gravitonların değişimi sayesinde gerçekleştirilir. Yerçekimi etkileşimi her zaman çekimdir.

Slayt 11. Pek çok fizikçi, elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri elektrozayıfta birleştirmenin mümkün olduğu gibi, zamanla bilinen tüm etkileşim türlerini birleştiren ve adı "Büyük Birleşme" olan bir teori inşa etmenin mümkün olacağını umuyor.

4 . Bilginin konsolidasyonu.

Birincil ankraj(J. Gordienko'nun sunumu "Büyük Hadron Çarpıştırıcısı". Modern bilim adamları, bilimsel ve teknolojik ilerleme için yeni keşifler elde etmek amacıyla parçacıkları inceleme sürecini iyileştirmeye çalışıyorlar. Bunun için görkemli araştırma merkezleri ve hızlandırıcılar inşa ediliyor. Bunlardan biri görkemli yapılar Büyük Hadron Çarpıştırıcısıdır.

Nihai konsolidasyon(grup çalışması: ders kitabı sorularının cevapları)

İki gruba ayrıldınız: 1. sıra ve 2. sıra. Sayfalarda bir göreviniz var: soruları cevaplamanız gerekiyor ve cevapları ders kitabında 28. paragrafta (s. 196 - 198) bulacaksınız.

İlk grubun görevleri:

    Kaç tane temel parçacık vardır? (48)

    Elektronun kuark bileşimi? (uud)

    En güçlü iki etkileşimi listeleyin (güçlü ve elektromanyetik)

    Toplam gluon sayısı? (sekiz)

İkinci grubun görevleri:

    Evrenin kalbinde kaç tane parçacık var? (61)

    Protonun kuark bileşimi? (udd)

    En zayıf iki etkileşimi listeleyin (zayıf ve yerçekimi)

    Elektromanyetik etkileşimi hangi parçacıklar gerçekleştirir? (foton)

Grup liderleri tarafından soruların cevaplarının seslendirilmesi ve kart alışverişi.

    Ders özeti.

Modern fiziğin gelişiminin bazı yönleriyle tanıştınız ve şimdi bilimimizin hangi yönde geliştiği ve buna neden ihtiyacımız olduğu hakkında temel fikirlere sahipsiniz.

6. Ödev. 28. madde

İlk grubun görevleri:

1. Toplamda kaç tane temel parçacık vardır? ______________

2. Elektronun kuark bileşimi? ____________

3. En güçlü iki etkileşimi listeleyin ______

4. Toplam gluon sayısı? _______

___________________________________________________________________

İkinci grubun görevleri:

1. Evrenin kalbinde kaç tane parçacık var? ________

2. Protonun kuark bileşimi? ____________

___________________________________________________________________

İlk grubun görevleri:

1. Toplamda kaç tane temel parçacık vardır? __________

2. Elektronun kuark bileşimi? __________

3. En güçlü iki etkileşimi listeleyin ______________________________________________________________

4. Toplam gluon sayısı? __________

___________________________________________________________________

İkinci grubun görevleri:

1. Evrenin kalbinde kaç tane parçacık var? ____________

2. Protonun kuark bileşimi? _____________

3. En zayıf iki etkileşimi listeleyin ________

4. Elektromanyetik etkileşimi hangi parçacıklar gerçekleştirir? ______

___________________________________________________________________

İlk grubun görevleri:

1. Toplamda kaç tane temel parçacık vardır? _____________

2. Elektronun kuark bileşimi? ______________

3. En güçlü iki etkileşimi listeleyin __________________________________________________________

4. Toplam gluon sayısı? _____

___________________________________________________________________

İkinci grubun görevleri:

1. Evrenin kalbinde kaç tane parçacık var? ______

2. Protonun kuark bileşimi? __________

3. En zayıf iki etkileşimi listeleyin _________

4. Elektromanyetik etkileşimi hangi parçacıklar gerçekleştirir? _______

Yükleniyor ...Yükleniyor ...