Презентация по физике "Мир элементарных частиц"

• 1 слайд

  Мир элементарных частиц Воробьёв С.И.

• 2 слайд

  Элементарность частиц Элементарные частицы в точном значении этого термина - первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. В понятии "элементарные частицы" в современной физике находит выражение идея о первообразных сущностях, определяющих все известные свойства материального мира, идея, зародившаяся на ранних этапах становления естествознания и всегда игравшая важную роль в его развитии.

• 3 слайд

  Понятие "элементарные частицы" сформировалось в тесной связи с установлением дискретного характера строения вещества на микроскопическом уровне. Обнаружение на рубеже 19-20 вв. мельчайших носителей свойств вещества - молекул и атомов - и установление того факта, что молекулы построены из атомов, впервые позволило описать все известные вещества как комбинации конечного, хотя и большого, числа структурных составляющих - атомов. Выявление, в дальнейшем, наличия составных слагающих атомов - электронов и ядер, установление сложной природы ядер, оказавшихся построенными всего из двух типов частиц (протонов и нейтронов), существенно уменьшило количество дискретных элементов, формирующих свойства вещества, и дало основание предполагать, что цепочка составных частей материи завершается дискретными бесструктурными образованьями - элементарными частицами. Такое предположение, вообще говоря, является экстраполяцией известных фактов и сколько-нибудь строго обосновано быть не может.

• 4 слайд

  Нельзя с уверенностью утверждать, что частицы, элементарные в смысле приведённого определения, существуют. Протоны и нейтроны, например, длительное время считавшиеся элементарными частицами, как выяснилось, имеют сложное строение. Не исключена возможность того, что последовательность структурных составляющих материи принципиально бесконечна. Может оказаться также, что утверждение "состоит из..." на какой-то ступени изучения материи окажется лишённым содержания. От данного выше определения "элементарности" в этом случае придется отказаться. Существование элементарных частиц - это своего рода постулат, и проверка его справедливости - одна из важнейших задач физики.

• 5 слайд

  Термин "элементарные частицы" часто употребляется в современной физике не в своём точном значении, а менее строго - для наименования большой группы мельчайших частиц материи, подчинённых условию, что они не являются атомами или атомными ядрами (исключение составляет простейшее ядро атома водорода - протон). Как показали исследования, эта группа частиц необычайно обширна. Помимо упоминавшихся протона (р), нейтрона (n) и электрона (e-) к ней относятся: фотон (), пи-мезоны (), мюоны (), нейтрино трёх типов (электронное e, мюонное μ и связанное с т. н. тяжёлым лептоном τ), т. н. странные частицы (К-мезоны и гипероны), разнообразные резонансы, открытые в 1974-77 y-частицы, "очарованные" частицы, ипсилон-частицы и тяжёлые лептоны (+, -) - всего более 500 частиц, в основном нестабильных. Число частиц, включаемых в эту группу, продолжает расти, скорее всего, неограниченно велико; при этом большинство перечисленных частиц не удовлетворяет строгому определению элементарности, поскольку, по современным представлениям, они являются составными системами.

• 6 слайд

  Истинные элементарные частицы На сегодняшний день истинными элементарными частицами являются: Лептоны: Электрон е- : заряд –1, масса m=9.1*10-31кг. (Позитрон е+ - античастица электрона.) Мюон μ- : заряд –1, масса mμ=206me. (Мюон μ+ - античастица μ-) Тау- лептон τ- : заряд –1. (Античастица - τ+) Электронное нейтрино νe: масса около нуля, нейтральная (электронное антинейтрино). Мюонное нейтрино νμ : масса около нуля, нейтральная (мюонное антинейтрино). Тау-лептонное нейтрино ντ : масса около нуля, нейтральная (антинейтрино).

• 7 слайд

  Кварки: u - quark (up- вверх); заряд +2/3. d - quark (down- вниз); заряд -1/3. s - quark (strange- странный); заряд -1/3. c - quark (charm- очарованный); заряд +2/3. b - quark; заряд -1/3. t - quark; заряд +2/3. Название «кварки» было заимствовано из романа Дж.Джойса. Всё остальное многообразие элементарных частиц состоит из комбинаций кварков и антикварков. Кварковый состав мезонов и барионов был выведен из того факта, что супермультиплеты мезонов содержат, как правило, 8 частиц, а барионов- 8 и 10. Эта закономерность легко воспроизводится, если предположить, что мезоны составлены из кварка и антикварка, а барионы из трёх кварков.

• 8 слайд

  Примеры: р- протон состоит: (uud); n- нейтрон состоит: (udd); Σ+ - гиперон (uus); Λ- гиперон (uds); Ω- - гиперон (sss). Таким же образом можно составить и все остальные элементарные частицы, кроме конечно же истинных.

• 9 слайд

  Взаимодействия элементарных частиц и их переносчики. Различные процессы с элементарными частицами заметно отличаются по интенсивности протекания. В соответствии с этим взаимодействия элементарных частиц можно феноменологически разделить на несколько классов: сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия. Все элементарные частицы обладают, кроме того, гравитационным взаимодействием.

• 10 слайд

  Сильные (ядерные) взаимодействия выделяются как взаимодействия, которые порождают процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью среди всех остальных процессов. Они приводят и к самой сильной связи элементарных частиц. Именно сильные взаимодействия обусловливают связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивают исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях. Переносчики: π+-, π--,π0- мезоны. Электромагнитные взаимодействия характеризуются как взаимодействия, в основе которых лежит связь с электромагнитным полем. Процессы, обусловленные ими, менее интенсивны, чем процессы сильных взаимодействий, а порождаемая ими связь элементарных частиц заметно слабее. Электромагнитные взаимодействия, в частности, ответственны за связь атомных электронов с ядрами и связь атомов в молекулах. Переносчик: γ- квант (фотон) .

• 11 слайд

  Слабые взаимодействия, как показывает само название, вызывают очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами. Иллюстрацией их малой интенсивности может служить тот факт, что нейтрино, обладающие только слабыми взаимодействиями, беспрепятственно пронизывают, например, толщу Земли и Солнца. Слабые взаимодействия обусловливают также медленные распады т. н. квазистабильных элементарных частиц. Времена жизни этих частиц лежат в диапазоне 10-8-10-10 сек, тогда, как типичные времена для сильных взаимодействий элементарных частиц составляют 10-23-10-24 сек. Переносчики: W--, W+-, Z0- бозоны. Гравитационные взаимодействия, хорошо известные по своим макроскопическим проявлениям, в случае элементарных частиц на характерных расстояниях ~10-13 см дают чрезвычайно малые эффекты из-за малости масс элементарных частиц. Переносчик: g- гравитон.

• 12 слайд

  Примеры существующих элементарных частиц Электрон e-: открыт в 1897 г. Дж.Дж.Томсоном. Позитрон е+: открыт в 1932 г. К.Андерсоном. Протон р: открыт в 1919 г. Э.Резерфордом. Нейтрон n: открыт в 1932 г. Дж.Чедвиком. Фотон γ (1900 г. М.Планк- теоретически, экспериментально в 1912-1915гг. Р.Милликеном и в 1922 г. А.Комптоном). Нейтрино (теоретически В.Паули (1930), экспериментально Ф.Райнес и К.Коуэн (1953)). Мюоны: μ-, μ+, в 1936 г. К.Андерсон и С.Неддермейер. Пионы: π+, π-,π0. В 1947г. группой С.Пауэлла, предсказанные в 1935 г. Х.Юкавой. Конец 40-х- начало 50-х были открыты «странные» частицы, например К+-, К--мезоны. Антипротон (1955). Антинейтрон (1956). Антисигма-гипероны (1960). В 1962 было выясненно, что существуют два вида нейтрино: электронное и мюонное. В 1974 г. были обнаружены у-частицы. τ- лептон (1975). В 1976 г. были открыты «очарованные» частицы: D0, D+. И так далее…