Элементарные частицы

1. Элементарные частицы.

2. Вступление:

«Мы хотим знать не только как
устроена природа и как происходят
природные явления, но и … узнать,
почему природа является такой, а
не другой». А.Эйнштейн

3. Определение:

Элементарными частицами
называют большую группу
мельчайших частиц материи, не
являющихся атомами или атомными
ядрами.
Элемент арные част ицы:
электроны
протоны
нейтрино
нейтроны
мюоны
мезоны
странные частицы
резонансы
«красивые»
частицы
фотоны
«очарованные» частицы

4. Обозначение, масса, заряд

Частица
Электрон
Символ
0e
-1
Масса, кг
Заряд, Кл
9*10-31
-1,6*10-19
Протон
1p
1
1,673*10-27
+1,6*10-19
Нейтрон
1n
0
1,675*10-27
0
Фотон
γ
0
0

5.

Подавляющее число элементарных
частиц не встречается в природе, т.к.
они не устойчивы, их получают в
лабораториях. Основной способ их
получения столкновение быстрых
стабильных частиц, в процессе
которого часть кинетической энергии
движущихся частиц превращается в
энергию образующихся частиц
Все процессы превращения частиц
подчиняются законам сохранения (энергии,
импульса, заряда и ряда других величин,
специфических для элементарных частиц).

6.

Взаимопревращаемость
элементарных частиц – одно из
наиболее важных свойств.
Современная физика
элементарных частиц
называется также
ФИЗИКОЙ ВЫСОКИХ
ЭНЕРГИЙ.

7.

Американские физики М. Гелл-Ман и
Г.Цвейг предложили гипотезу, согласно
которой протон состоит из трёх
зарядов: -е /3, +2е/3, +2е/3. Частицы с
дробным зарядом назвали кварками.
Нейтроны, согласно этой гипотезе,
также состоит из трёх кварков,
имеющих заряды: -е/3,-е/3, +2е/3. Итак,
элементарные частицы не являются
бесструктурными образованиями.
Согласно предст авлениям современной
физики, прот оны, нейт роны и другие
част ицы пост роены из кварков, кот орые
обладают дробными элект рическими
зарядами.

8. Античастицы

Частицы с массой, равной массе электрона, но
имеющей положительный заряд. Её назвали
позитроном (0е1).
Исследования показали, что позитрон может
появиться в результате взаимодействия γ-кванта с
тяжелым ядром, причём всегда вместе с электроном:
γ + Х → Х + 0е-1 + 0е1
Следовательно, рождение электрон – позитронной
пары представляет собой превращение одной
частицы – фотона (γ-кванта) в две другие частицы –
электрон и позитрон.

9.

Породить электрон – позитронную пару может
только такой фотон, энергия которого не меньше
суммы энергий покоя электрона и позитрона:
hν ≥ 2mc2
Поскольку энергия покоя электрона равна
примерно 0,5 МэВ, то минимальная энергия
фотона 1 МэВ, а его максимальная длина волны:
λмакс = hс/2moc2=10-12 м=10-3 нм.
В вакууме позитрон, как и электрон, - устойчивая,
стабильная частица. Но, встречаясь друг с
другом, электрон и позитрон АННИГИЛИРУЮТ,
порождая фотоны большой энергии: 0е-1+0е1→2γ
При аннигиляции вещества и антивещества
высвобождается колоссальная энергия –
энергия покоя.

10.

В последующее время были открыты
АНТИЧАСТИЦЫ других элементарных частиц.
Обычно античастица обозначается той же буквой,
что и частица, но над ней ставится волнистая
черта. Например, протон обозначается
буквой р , а антипротон –р.

11. Фундаментальные взаимодействия

Фундаментальные взаимодействия
Сильное
взаимодейст вие
Элект ромагнит ное
взаимодейст вие
Гравит ационное
взаимодейст вие
Слабое
взаимодейст вие

12.

Сильное взаимодействие свойственно тяжелым
частицам. Именно оно обусловливает связь протонов, и
нейтронов в ядрах атомов.
В электромагнитном взаимодействии
участвуют электрически заряженные частицы и фотоны.
Благодаря электромагнитному взаимодействию существует
связь электронов с ядрами в атомах и связь атомов в
молекулах. Электромагнитное взаимодействие
обусловливает многие макроскопические свойства
вещества.
Слабое взаимодействие характерно для всех
частиц, кроме фотонов. Наиболее известное его
проявление — бета-распад нейтронов и атомных ядер.
Гравитационное взаимодействие присуще всем
телам Вселенной; оно проявляется в виде сил всемирного
тяготения. Эти силы обеспечивают существование звезд,
планетных систем и т.п. В микромире гравитационное
взаимодействие является предельно слабым из-за того, что
массы элементарных частиц чрезвычайно малы.

13.

Тип
заимодействия
Сильное
Радиус
действия,м
Интенсивность,
Переносчики
относительная ед. взаимодействия
10-15
1
Глюоны
∞
10-2
Фотоны
10-18
10-10
Промежуточ
ные
бозоны
∞
10-38
Гравитоны
Электромагнитное
Слабое
Гравитационное

14.

Элементарные частицы
Лептоны
Адроны
Адроны (от греч. – adros большой,
сильный.) – протоны, нейтроны и
другие частицы участвуют во всех
четырёх взаимодействиях.
Лептоны (от греч. – leptos –
легчайший, маленький.) – электроны,
мюоны и другие частицы в трёх типах
взаимодействия, за исключением
сильного.

15.

?
Существуют ли истинно
элементарные частицы – первичные,
далее неразложимые частицы, из
которых, по предположению, состоит
материя?
Истинно
элементарные
частицы
Лептоны
Переносчики
взаимодействий
Кварки

16. История открытия элементарных частиц

Первая элементарная частица –
электрон – была открыта английским
физиком Дж.Томсоном в 1897 г.
Английский физик Э.Резерфорд в 1919 г.
Обнаружил среди частиц, выбитых из
атомных ядер, протоны. Другая частица,
входящая в состав ядра, нейтрон —
была открыта в 1932 г. английским
физиком Дж. Чедвиком.

17.

Швейцарский физик В.Паули в 1930 г. Впервые
предположил, что существуют особые элементарные
частицы — нейтрино (Уменьшительное от нейтрона),
не имеющие заряда и (возможно) массы.
Отличительная особенность нейтрино — огромная
проникающая способность, что затрудняет его
обнаружение. В 1934 г. Э.Ферми, основываясь на
гипотезе нейтрино, построил теорию ‚ β - распада.
Экспериментально нейтрино открыто в 1953 г.
Американскими физиками Ф.Райнесом и К.Коуэном.
Позитрон — первая античастица — был открыт
К. Андерсеном в 1932 г.
В 1936 г. К.Андерсон и С.Неддермайер (США) при
исследовании космических лучей обнаружили
мюоны, имеющие электрический заряд (обоих
знаков), — частицы с массой, равной примерно 200
массам электрона, а в остальном — близкие по
свойствам к электрону (и позитрону).

18.

В 1947 г. группой английских физиков под
руководством С.Пауэлла в космическом излучении
были открыты мезоны (От греч. Meson - средний,
промежуточный.).
В 1960-х гг. было обнаружено большое число частиц,
крайне неустойчивых, имеющих чрезвычайно малое
время жизни (порядка 10-24 – 10-23с). Эти частицы,
получившие название резонансы, составляют
большую часть элементарных частиц.
В 1976—1977 гг. в опытах по аннигиляции электрона
и позитрона были открыты «очарованные» частицы.
Их существование было предсказано кварковой
гипотезой строения элементарных частиц.
В 1983 г. были впервые обнаружены промежуточные
бозоны — группа тяжелых частиц, являющихся
переносчиками слабого взаимодействия. Открытие
новых элементарных частиц продолжается и по
сегодняшний день.

19. ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

«И это чудо, что несмотря на
поразительную сложность
мира, мы можем обнаружить
в его явлениях некоторую
закономерность.»
Э. Шредингер

20.

Презентацию
выполнили:
Гладченко Мария и
Гладченко Максим.