Predstavitev osnovnih delcev za lekcijo fizike (11. razred) na to temo. Predstavitev na temo "Elementarni delci
Prva stopnja . Od elektrona do pozitrona
1897-1932 gg.
Ko je grški filozof Demokrit najpreprostejše, nedeljive delce poimenoval atomi (beseda atom, spomnimo se, pomeni nedeljiv), se mu načeloma verjetno vse ni zdelo zelo zapleteno. Različni predmeti, rastline, živali so zgrajeni iz nedeljivih, nespremenljivih delcev. Transformacije, opažene v svetu, so preprosta preureditev atomov. Vse na svetu teče, vse se spreminja, razen samih atomov, ki ostanejo nespremenjeni.
DEMOKRITI
(okoli 470 ali 460 - 360. pr. n. št.)
Toda ob koncu 19. st. odkrili in izolirali kompleksno strukturo atomov elektron kot sestavni del atoma.
Že v dvajsetem stoletju so jih odprli proton in nevtron- delci, ki sestavljajo atomsko jedro.
Sprva so na vse te delce gledali natanko tako, kot je Demokrit gledal na atome: imeli so jih za nedeljive in nespremenljive primarne esence, osnovne gradnike vesolja.
TRI STOPE V RAZVOJU FIZIKE ELEMENTARNIH DELCEV
Druga stopnja . Od pozitrona do kvarkov
1932 - 1970 gg.
Stanje privlačne jasnosti ni trajalo dolgo. Vse se je izkazalo za veliko bolj zapleteno: kot se je izkazalo, nespremenljivih delcev sploh ni.
V sami besedi osnovno obstaja dvojni pomen.
Po eni strani je elementarno danost, najenostavnejši. Po drugi strani pa z elementarnim mislimo nekaj temeljni , osnovne stvari (v tem smislu se subatomski delci (delci, iz katerih so sestavljeni atomi) zdaj imenujejo elementarni).
Samo štirje delci - foton, elektron, proton in nevtrino- bi lahko ohranili svojo nespremenljivost, če bi bil vsak od njih sam na vsem svetu.
Noben od delcev ni nesmrten. Večina delcev, ki jih zdaj imenujemo elementarni, ne more preživeti več kot dve milijoninki sekunde, tudi če ni zunanjega vpliva.
Ampak elektroni in protoni tam so najnevarnejši bratje pozitroni in antiprotoni, ob trku s katerim se ti delci medsebojno uničijo in nastanejo novi.
Foton, ki ga oddaja namizna svetilka, ne živi več kot 10 -8 s.
Samo nevtrino skoraj nesmrten zaradi dejstva, da zelo slabo sodeluje z drugimi delci. Vendar nevtrini umrejo tudi ob trku z drugimi delci, čeprav so takšni trki izjemno redki.
To je čas, ki je potreben, da pride do strani knjige in se vpije v papir.
Tako se znanstveniki v večnem iskanju nespremenljivega v našem spreminjajočem se svetu niso znašli na »granitnem temelju«, ampak na »hitrem pesku«.
Vsi osnovni delci se spreminjajo drug v drugega in te medsebojne transformacije so glavno dejstvo njihovega obstoja.
Zamisel o nespremenljivosti osnovnih delcev se je izkazala za nevzdržno. Toda ideja o njihovi nerazgradljivosti je ostala.
Ko delci ultra visoke energije trčijo, delci ne razpadejo na nekaj, kar bi lahko imenovali njihovi sestavni deli. Ne, rojevajo nove delce izmed tistih, ki so že na seznamu osnovnih delcev. Večja kot je energija trkajočih se delcev, večje število delcev se rodi, poleg tega pa tudi težji. To je mogoče zaradi dejstva, da se s povečanjem hitrosti povečuje masa delcev. Iz samo enega para poljubnih delcev s povečano maso je načeloma mogoče dobiti vse trenutno znane delce.
Podobne reakcije pri trkih relativističnih jeder, proizvedenih v pospeševalniku, so prvič na svetu izvedli leta 1976 v High Energy Laboratory of the United Kingdom.
Tuta jedrske raziskave v Dubni pod vodstvom akademika
A. M. Baldina.
Rezultat trka ogljikovega jedra, ki je imelo energijo 60 milijard eV (zgornja debela črta), s srebrovim jedrom fotografske emulzije. Jedro se razcepi na drobce, ki letijo v različne smeri. Hkrati se rodi veliko novih elementarnih delcev - pionov.
Seveda se bodo pri trkih delcev z energijo, ki je še ni, rodili tudi nekateri novi neznani delci. A to ne bo spremenilo bistva zadeve. Novih delcev, ki se rodijo med trki, nikakor ni mogoče šteti za komponente »starševskih« delcev; Navsezadnje lahko "hčerinski" delci, če so pospešeni, ne da bi spremenili svojo naravo, ampak le s povečanjem svoje mase, med trki povzročijo več delcev, popolnoma enakih njihovim "staršem", in celo veliko drugi delci.
Po sodobnih predstavah osnovni delci so primarni, nerazgradljivi nato delci, iz katerih je zgrajena vsa snov.
Vendar nedeljivost osnovnih delcev ne pomeni, da jim manjka notranja struktura .
TRI STOPE V RAZVOJU FIZIKE ELEMENTARNIH DELCEV
Tretja stopnja . Od hipoteze o kvarkih do danes.
1964 gg. -...
V 60. letih pojavili so se dvomi, da vsi delci, ki jih zdaj imenujemo elementarni, popolnoma upravičujejo svoje ime. Nekateri izmed njih, morda celo večina, nosijo to ime komaj zasluženo. Razlog za dvom je preprost: teh delcev je veliko.
Odkritje novega elementarnega delca je bilo vedno in je še vedno izjemno zmagoslavje znanosti. Toda že dolgo nazaj se je z vsakim naslednjim zmagoslavjem začel mešati del tesnobe. Zmagoslavja so se začela vrstiti dobesedno eno za drugim.
Skupina tako imenovanih " čudno» delci:
K-mezoni in hiperoni z masami, ki presegajo maso nukleonov.
Leta 1964 sta M. Gell-Mann in J. Zweig predlagala model, po katerem so vsi delci, ki sodelujejo v močnih (jedrskih) interakcijah, zgrajeni iz bolj temeljnih (ali primarnih) delcev - kvarki .
V 70. letih velika skupina jim je bila dodana " očaran» delci s še večjimi masami.
Odkriti so bili izredno kratkoživi delci z življenjsko dobo reda velikosti 10 -22 -10 -23 s.
Ti delci so bili poimenovani resonance, njihovo število pa je preseglo dvesto.
Trenutno v resničnost kvarkov skoraj nihče ne dvomi, čeprav jih v prostem stanju še niso našli.
ODKRITJE POZITRONA. PROTI DELCEM
Obstoj elektronskega dvojčka - pozitron- je leta 1931 teoretično napovedal angleški fizik P. Dirac.
Istočasno je Dirac napovedal, da bi morala, ko se pozitron sreča z elektronom, oba delca izginiti (anihilirati), pri čemer nastanejo visokoenergijski fotoni. Lahko se zgodi tudi obratni proces - rojstvo para elektron-pozitron - na primer, ko foton z dovolj visoko energijo trči (njegova masa mora biti večja od vsote preostalih mas delcev, ki se rojevajo) z jedrom.
Paul Adrien Maurice Dirac- angleški fizik, eden od ustvarjalcev kvantne mehanike, tuji dopisni član Akademije znanosti ZSSR (1931). Razvita kvantna statistika (Fermi-Diracova statistika); relativistična teorija gibanja elektronov (Diracova enačba, 1928), ki je napovedala pozitron, pa tudi anihilacijo in produkcijo parov. Postavil je temelje kvantne elektrodinamike in kvantne teorije gravitacije.
Nobelova nagrada (1933, skupaj z Erwinom Schrödingerjem).
Paul Dirac
1932 d. Pozitron je bil odkrit z oblačno komoro, postavljeno v magnetno polje.
Smer ukrivljenosti sledi delca je bila označena s predznakom njegovega naboja, razmerje med njegovim nabojem in maso pa je bilo določeno iz polmera ukrivljenosti in energije delca. Izkazalo se je, da je po modulu enak modulu elektrona.
Delec se je premikal od spodaj navzgor in po prehodu svinčene plošče izgubil del svoje energije. Zaradi tega se je ukrivljenost poti povečala.
Prva fotografija, ki dokazuje obstoj pozitrona.
Dejstvo, da je izginotje (anihilacija) nekaterih delcev in pojav drugih med reakcijami med osnovnimi delci ravno transformacija, in ne zgolj nastanek nove kombinacije komponent starih delcev, se še posebej jasno razkrije ravno med anihilacijo para elektron-pozitron.
Oba delca imata določeno maso v mirovanju in električni naboj. Fotoni, ki se pri tem rodijo, nimajo nabojev in mase mirovanja, saj v mirovanju ne morejo obstajati.
Proces tvorbe para elektron-pozitron z ɣ-kvantom v svinčeni plošči.
V oblačni komori, ki se nahaja v magnetnem polju, par pusti značilno sled v obliki dvoroge vilice.
Nekoč je odkritje rojstva in anihilacije parov elektron-pozitron povzročilo pravo senzacija v znanosti .
Do takrat si nihče ni predstavljal, da elektron, najstarejši med delci, najpomembnejši gradbeni material atomov, morda ni večen.
Odkrit relativno nedavno antiproton in antinevtron .
Električni naboj antiprotona je negativen.
Kasneje so v vseh delcih našli dvojčke (antidelce). Antidelci so v nasprotju z delci ravno zato, ker ko se kateri koli delec sreča z ustreznim antidelcem, se njihov uničenje, to pomeni, da oba delca izgineta in se spremenita v kvante sevanja ali druge delce.
Atomi, katerih jedra so sestavljena iz antinukleoni, lupina pa je iz pozitronov, oblika antimaterija .
Antivodik je bil pridobljen eksperimentalno.
Fizikom CERN iz kolaboracije ALPHA je uspelo delce antimaterije obdržati pred anihilacijo za 1000 sekund,
IN 1995 Prvič je bilo mogoče dobiti atome antivodika, sestavljene iz antiprotona in pozitrona, vendar so hitro anihilirali, zaradi česar ni bilo mogoče preučevati njihovih lastnosti.
Zdaj je jedrskim znanstvenikom uspelo sestaviti postavitev, ki ustvarja kompleksno magnetno polje, ki omogoča ohranitev prej izmuzljivih atomov. In čeprav je bil čas, za katerega je bil zabeležen antivodik, le ena desetinka sekunde, je po mnenju znanstvenikov to dovolj za zajemanje spektrov in podrobno študijo delcev.
Antivodik, s katerim so delali znanstveniki, je bil pridobljen iz več deset milijonov antiprotonov in pozitronov, katerih vir je bil natrijev izotop 22 Na. Sledilo je večstopenjsko čiščenje. Po tem je več tisoč atomov antimaterije padlo v magnetno past.
Med anihilacijo antimaterije s snovjo se energija počitka pretvori v kinetično energijo nastalih gama kvantov.
Energija počitka- najbolj grandiozen in koncentriran rezervoar energije v vesolju .
In šele ko izničenje popolnoma se sprosti in spremeni v druge vrste energije. Zato je antimaterija najbolj popoln vir energije, najbolj kalorično "gorivo".
Težko je zdaj reči, ali bo človeštvo kdaj lahko uporabilo to "gorivo".
RAZPAD NEVTRONOV. ODKRITJE NEVTRINOV
Narava β-razpada
Med beta razpadom se iz jedra odda elektron. Toda v jedru ni elektrona. Od kod prihaja?
Ko elektron zapusti jedro, se naboj jedra in s tem število protonov poveča za en. Masno število jedra se ne spremeni. To pomeni, da se število nevtronov zmanjša za enega.
Zato znotraj β-radioaktivnih jeder nevtron lahko razpade na proton in elektron. Proton ostane v jedru, elektron pa odleti.
Samo v stabilnih jedrih so nevtroni stabilni.
Ampak tukaj je nekaj čudnega.
Vsekakor identična jedra oddajajo elektroni različne energije. Novonastala jedra pa so popolnoma so enaki ne glede na to, kakšna je energija oddanega elektrona.
To je v nasprotju z zakonom o ohranitvi energije – najbolj temeljnim fizikalnim zakonom!
Energija začetnega jedra se izkaže za neenako vsoti energij končnega jedra in elektrona!!!
Paulijeva domneva
Švicarski fizik W. Pauli je predlagal, da se skupaj s protonom in elektronom med razpadom nevtrona rodi nekakšen "neviden" delec, ki odnese manjkajočo energijo.
Tega delca instrumenti ne zaznajo, ker ne prenaša električnega naboja in nima mase mirovanja. To pomeni, da ni sposoben ionizirati atomov ali cepiti jeder, torej ne more povzročiti učinkov, po katerih bi lahko ocenili videz delca.
Pauli je predlagal, da je hipotetični delec preprosto zelo šibko sodeluje s snovjo in zato lahko preide skozi veliko debelino snovi, ne da bi se zaznal.
Fermi je ta delček imenoval nevtrino, kar pomeni "nevtron".
Masa počitka nevtrina, kot je napovedal Pauli, se je izkazala za enako nič. Za temi besedami se skriva preprost pomen: Nevtrinov v mirovanju ni.
Ko se je komaj rodil, se nevtrino takoj premakne s hitrostjo 300.000 km/s.
Izračunali smo, kako nevtrini interagirajo s snovjo v plasti določene debeline. Izkazalo se je, da rezultat še zdaleč ni pomirjujoč v smislu možnosti eksperimentalne detekcije tega delca. Nevtrino lahko v svincu v nekaj letih prepotuje razdaljo, ki je enaka razdalji, ki jo prepotuje svetloba v vakuumu.
PROSTI RAZPAD NEVTRONOV
Vloga nevtrinov ni omejena na razlago β-razpada jeder. Številni osnovni delci v prostem stanju spontano razpadejo z emisijo nevtrinov.
Nevtrino (simbol ν ) ima antidelec, imenovan antinevtrino (simbol ν s črto).
Ko nevtron razpade na proton in elektron, se oddaja antinevtrino:
Točno tako se obnaša nevtron. Samo v jedrih pridobi nevtron stabilnost zaradi interakcije z drugimi nukleoni.
Energija nevtrona je vedno večja od vsote energij protona in elektrona. Odvečna energija se odnese iz antinevtrina.
Prosti nevtron živi v povprečju 16 minut. To je bilo eksperimentalno dokazano šele po izgradnji jedrskih reaktorjev, ki so proizvajali močne žarke nevtronov.
Eksperimentalno odkritje nevtrinov
Kljub izmuzljivosti so bili nevtrini (natančneje antinevtrini) po skoraj 26 letih njihovega »obstoja duhov« v znanstvenih revijah eksperimentalno odkriti.
Teorija je predvidevala, da ko antinevtrino zadene proton, se ustvarita pozitron in nevtron:
Verjetnost takega procesa je majhna zaradi pošastne prodorne sposobnosti antinevtrinov. Če pa je antinevtrinov veliko, potem lahko upamo, da jih bomo odkrili.
V soteski Baksan na Kavkazu so v monolitni skali naredili dvokilometrski predor in zgradili znanstveni laboratorij, ki ga pred kozmičnimi žarki ščiti nekaj kilometrov debela skala. V laboratoriju je oprema za snemanje sončnih nevtrinov in nevtrinov iz vesolja.
Nevtrinska postaja Baksan
VMESNI BOZONI - NOSILCI ŠIBKIH INTERAKCIJ
Jedrske sile ne morejo povzročiti razpada nevtrona v proton, elektron in antinevtrino, saj elektron ne doživlja močnih interakcij in zato zaradi njih ne more nastati. Rojstvo elektronov je možno pod vplivom elektromagnetnih sil.
Obstaja pa tudi antinevtrino, ki je brez električnega naboja in ne sodeluje pri elektromagnetnih interakcijah.
Enaka situacija se pojavi med razpadanjem π -mezoni in drugi delci z emisijo nevtrinov ali antinevtrinov.
Zato morajo obstajati nekatere druge interakcije, odgovorne za razpad nevtrona (in mnogih drugih delcev). To je pravzaprav res.
V naravi obstaja še četrta vrsta sile - šibke interakcije. Prav te sile so glavni protagonisti v tragediji smrti delcev.
Šibko te interakcije so poimenovane, ker so res šibke: približno 10 14 krat šibkejši od jedrskih!
Vedno lahko zanemarjanje kjer pride do močnih ali elektromagnetnih interakcij.
Toda obstaja veliko procesov, ki jih je mogoče samo poklicati šibke interakcije .
Šibke interakcije zaradi majhne vrednosti ne vplivajo bistveno na gibanje delcev. Ne pospešijo jih ali upočasnijo.
Šibke interakcije ne morejo zadržati delcev blizu drug drugega, da bi tvorili vezana stanja.
Kljub temu so to sile v enakem smislu kot elektromagnetne in jedrske.
Glavna stvar v vsaki interakciji je rojstvo in uničenje delcev. Namreč, te funkcije (zlasti zadnji) šibke interakcije To počnejo počasi, a popolnoma religiozno.
Šibke interakcije sploh ni neobičajno.
Nasprotno, izjemno so UNIVERZALNO. Pri njih sodelujejo vsi delci. Vsi delci imajo naboj ali natančneje konstanto šibkih interakcij.
Toda samo za delce, ki sodelujejo v drugih interakcijah, sposobnost šibkih interakcij ni pomembna.
Samo nevtrino brez interakcij, razen šibkih, so nesposobni (z izjemo ultrašibkih - gravitacijskih).
Vloga šibkih interakcij v razvoju vesolja sploh ni majhna. Če bi šibke interakcije izključili, bi Sonce in druge zvezde ugasnile.
"Hitro" in "počasi" sta boljša kot "močna" in "šibka"
Šibke interakcije sploh niso šibke v smislu, da ne morejo narediti ničesar izjemnega v mikrosvetu. Lahko pokličejo pregib vsak delec z maso mirovanja, če le to dovoljujejo ohranitveni zakoni.
Vendar, ko visoke energije trki delcev reda sto milijard elektronvoltov šibke interakcije nehaj biti šibek v primerjavi z elektromagnetnimi.
Skladnost z zadnjim pogojem je zelo pomembna. V nasprotnem primeru bi bili nevtroni v jedrih nestabilni in v naravi ne bi bilo ničesar razen vodika.
Značilen čas šibka interakcije
10 -10 z proti 10 -21 C za elektromagnetno .
Dejanja šibke interakcije pojavljajo zelo redko. V tem smislu so bolj verjetni počasi, kot šibki in spominjajo na dvigovalca uteži, ki lahko dvigne ogromno palico, a le zelo, zelo počasi.
Močne (jedrske) interakcije- to so najhitrejše interakcije, transformacije osnovnih delcev, ki jih povzročajo, pa se pojavljajo zelo pogosto.
Elektromagnetne interakcije delujejo počasneje od močnih, a vseeno neizmerno hitreje od šibkih.
Kako delujejo šibke interakcije
Dolgo je veljalo, da pride do šibkih interakcij med štirje delci na eni točki.
V primeru nevtronskega razpada so to sam nevtron, proton, elektron in antinevtrino.
Ustrezno kvantno teorijo šibkih interakcij so zgradili E. Fermi, R. Feynman in drugi znanstveniki.
Res je, na podlagi splošnih premislekov o enotnosti naravnih sil je bilo predlagano, da se šibke interakcije, tako kot vse druge, izvajajo skozi nekakšno "šibko" polje. V skladu s tem morajo obstajati kvanti tega polja - delci - nosilci interakcije.
Vendar za to ni bilo eksperimentalnih dokazov .
Nov in pomemben korak v razvoju teorije šibkih interakcij je bil narejen v 60. letih. Ameriški fiziki S. Weinberg, S. Glashow in pakistanski znanstvenik A. Salam, ki je deloval v Trstu.
Predstavili so krepko hipoteza o enotnosti šibkih in elektromagnetnih interakcij .
Hipoteza Weinberga, Glashowa in Salama je temeljila na prejšnji predpostavki, da šibke interakcije izvajajo izmenjava delci imenovani vmesni oz vektor bozoni, tri sorte: W + ,W – in Z 0 .
Prva dva delca nosita naboj, ki je enak osnovnemu, tretji pa je nevtralen.
Bistvo nove hipoteze je naslednje: narava šibkih in elektromagnetnih interakcij je enaka v smislu, da je na najgloblji ravni njihova prava moč enaka in da vmesni bozoni medsebojno delujejo z vsemi delci na kratkih razdaljah na enak način kot fotoni z nabitimi delci.
V skladu s tem bi se morale šibke interakcije na zelo kratkih razdaljah manifestirati z enako močjo kot elektromagnetne.
Zakaj potem te interakcije še vedno upravičujejo svoje ime?
Polmer šibkih interakcij je veliko manjši kot pri elektromagnetnih interakcijah. Zaradi tega se zdijo šibkejši od elektromagnetnih.
Zakaj procesi, ki jih povzročajo, potekajo veliko počasneje kot elektromagnetni procesi?
Diapozitiv 1
Elementarni delci Občinska proračunska nestandardna izobraževalna ustanova "Gimnazija št. 1 po imenu Tasirov G.Kh. mesta Belovo" Predstavitev za lekcijo fizike v 11. razredu (raven profila) Izpolnil: Popova I.A., učitelj fizike Belovo, 2012Diapozitiv 2
Cilj: Seznanitev s fiziko osnovnih delcev in sistematizacija znanja o temi. Razvoj abstraktnega, ekološkega in znanstvenega mišljenja študentov na podlagi predstav o osnovnih delcih in njihovih interakcijah.
Diapozitiv 3
Koliko elementov je v periodnem sistemu? Samo 92. Kako? Je še več? Res je, a vse ostale so umetno pridobljene; Torej - 92 atomov. Iz njih je mogoče izdelati tudi molekule, t.j. snovi! Toda dejstvo, da so vse snovi sestavljene iz atomov, je zatrdil Demokrit (400 pr. n. št.). Bil je velik popotnik in njegov najljubši rek je bil: "Nič ne obstaja razen atomov in čistega prostora, vse ostalo je pogled."
Diapozitiv 4
Antidelec - delec, ki ima enako maso in spin, vendar nasprotne vrednosti nabojev vseh vrst; Kronologija fizike delcev Za vsak osnovni delec obstaja svoj antidelec Datum Ime znanstvenika Odkritje (hipoteza) 400 pr. Demokrit Atom Začetek XX stoletja. Thomson Electron 1910 E. Rutherford Proton 1928 Dirac in Anderson Odkritje pozitrona 1928 A. Einstein Photon 1929 P. Dirac Napoved obstoja antidelcev 1931 Pauli Odkritje nevtrinov in antinevtrinov 1932 J. Chadwick Nevtron 1932 antidelec - pozitron + 1930 W. Pauli Napoved obstoja nevtrinov 1935 Yukawa Odkritje mezona
Diapozitiv 5
Kronologija fizike delcev Vsi ti delci so bili nestabilni, tj. razpadli na delce z nižjimi masami, ki so sčasoma postali stabilni protoni, elektroni, fotoni in nevtrini (in njihovi antidelci). Teoretični fiziki so bili postavljeni pred najtežjo nalogo, kako urediti celoten odkriti »živalski vrt« delcev in poskušati zmanjšati število temeljnih delcev na minimum ter dokazati, da so drugi delci sestavljeni iz osnovnih delcev. Datum Odkritje (hipoteza) Druga stopnja 1947 Odkritje π-mezonar v kozmičnih žarkih Pred začetkom šestdesetih let prejšnjega stoletja Odkritih je bilo več sto novih osnovnih delcev z masami od 140 MeV do 2 GeV.
Diapozitiv 6
Kronologija fizike delcev. Ta model se je zdaj spremenil v koherentno teorijo vseh znanih vrst interakcij delcev. Datum Ime znanstvenika Odkritje (hipoteza) Tretja stopnja 1962 M. Gell-Manni neodvisno J. Zweig Predlagal model strukture močno medsebojno delujočih delcev iz osnovnih delcev - kvarkov 1995 Odkritje zadnjega od pričakovanih, šestega kvarka
Diapozitiv 7
Kako zaznati elementarni delec? Običajno se sledi (trajektorije ali tiri), ki jih puščajo delci, preučujejo in analizirajo s pomočjo fotografij.
Diapozitiv 8
Razvrstitev osnovnih delcev Vse delce delimo v dva razreda: fermione, ki sestavljajo snov; Bozoni, preko katerih pride do interakcije.
Diapozitiv 9
Razvrstitev osnovnih delcev Fermione delimo na leptone, kvarke. Kvarki sodelujejo pri močnih interakcijah, pa tudi pri šibkih in elektromagnetnih.
Diapozitiv 10
Kvarka Gell-Mann in Georg Zweig sta leta 1964 predlagala model kvarkov. Paulijevo načelo: v enem sistemu med seboj povezanih delcev nikoli ne obstajata vsaj dva delca z enakimi parametri, če imata ta delca polcelo število spinov. M. Gell-Mann na konferenci leta 2007
Diapozitiv 11
Kaj je spin? Spin dokazuje, da obstaja prostor stanj, ki nima nobene zveze z gibanjem delca v običajnem prostoru; Spin (iz angleščine to spin - vrteti) se pogosto primerja s kotnim momentom "hitro vrtljivega vrha" - to ni res! Spin je notranja kvantna karakteristika delca, ki nima analogije v klasični mehaniki; Spin (iz angleškega spin - vrtenje, vrtenje) je intrinzična kotna količina osnovnih delcev, ki ima kvantno naravo in ni povezana z gibanjem delca kot celote.
Diapozitiv 12
Spini nekaterih mikrodelcev Spin Splošno ime delcev Primeri 0 skalarni delci π-mezoni, K-mezoni, Higgsov bozon, atomi in jedra 4He, sodo-soda jedra, parapozitronij 1/2 spinor delci elektron, kvarki, proton, nevtron, atomi oz. jedra 3He 1 vektorski delci foton, gluon, vektorski mezoni, ortopozitronij 3/2 spin-vektorski delci Δ-izobare 2 tenzorski delci graviton, tenzorski mezoni
Diapozitiv 13
Kvarki Kvarki sodelujejo pri močnih interakcijah, pa tudi pri šibkih in elektromagnetnih. Naboji kvarkov so delni - od -1/3e do +2/3e (e je naboj elektrona). Kvarki v današnjem vesolju obstajajo samo v vezanih stanjih – samo kot del hadronov. Na primer, proton je uud, nevtron je udd.
Diapozitiv 14
Štiri vrste fizičnih interakcij so gravitacijske, elektromagnetne, šibke in močne. Šibka interakcija – spremeni notranjo naravo delcev. Močne interakcije določajo različne jedrske reakcije, pa tudi nastanek sil, ki vežejo nevtrone in protone v jedrih. Jedrska Obstaja samo en mehanizem interakcij: prek izmenjave drugih delcev - nosilcev interakcije.
Diapozitiv 15
Elektromagnetna interakcija: nosilec - foton. Gravitacijska interakcija: nosilci - kvanti gravitacijskega polja - gravitoni. Šibke interakcije: nosilci - vektorski bozoni. Nosilci močnih interakcij: gluoni (iz angleške besede lepilo), z maso mirovanja, ki je enaka nič. Štiri vrste fizikalnih interakcij Tako fotoni kot gravitoni nimajo mase (masa mirovanja) in se vedno gibljejo s svetlobno hitrostjo. Bistvena razlika med nosilci šibke interakcije ter fotoni in gravitoni je njihova masivnost. Interakcija Radij delovanja Konst. Gravitacijski Neskončno velik 6.10-39 Elektromagnetni Neskončno velik 1/137 Šibak Ne presega 10-16 cm 10-14 Močan Ne presega 10-13 cm 1
Diapozitiv 16
Diapozitiv 17
Kvarki imajo lastnost, imenovano barvni naboj. Obstajajo tri vrste barvnega naboja, običajno označene kot modra, zelena in rdeča. Vsaka barva ima dopolnilo v obliki lastne anti-barve – anti-modre, anti-zelene in anti-rdeče. Za razliko od kvarkov antikvarki nimajo barve, ampak antibarvo, torej nasprotni barvni naboj. Lastnosti kvarkov: barva
Diapozitiv 18
Kvarki imajo dve glavni vrsti mas, ki se ne ujemajo po velikosti: trenutna kvarkova masa, ocenjena v procesih s pomembnim prenosom kvadrata 4-impulsa, in strukturna masa (blok, sestavna masa); vključuje tudi maso gluonskega polja okoli kvarka in je ocenjena iz mase hadronov in njihove sestave kvarkov. Lastnosti kvarkov: masa
Diapozitiv 19
Vsak okus (vrsta) kvarka je označen s takšnimi kvantnimi števili, kot so izospin Iz, nenavadnost S, čar C, čar (spodnji del, lepota) B′, resnica (vrh) T. Lastnosti kvarkov: okus
Diapozitiv 20
Lastnosti kvarkov: okus Simbol Ime Naboj Masa Rus. angleščina Prva generacija d spodaj −1/3 ~ 5 MeV/c² u zgoraj navzgor +2/3 ~ 3 MeV/c² Druga generacija s čudno čudno −1/3 95 ± 25 MeV/c² c očarljiv čar (očaran) +2/ 3 1,8 GeV/c² Tretja generacija b čudovita lepota (spodaj) −1/3 4,5 GeV/c² t prava resnica (zgoraj) +2/3 171 GeV/c²
Diapozitiv 21
Diapozitiv 22
Diapozitiv 23
Značilnosti kvarkov Značilnost Vrsta kvarka d u s c b t Električni nabojQ -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 Barionovo številoB 1/3 1/3 1/3 1/3 1/ 3 1 /3 SpinJ 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 ParityP +1 +1 +1 +1 +1 +1 IsospinI 1/2 1/2 0 0 0 0 Isospin projekcijaI3 - 1/ 2 +1/2 0 0 0 0 Nenavadnost 0 0 -1 0 0 0 Čar c 0 0 0 +1 0 0 Spodnji del b 0 0 0 0 -1 0 Vrhunec t 0 0 0 0 0 +1 Masa v hadronu , GeV 0,31 0,31 0,51 1,8 5 180 Masa "prostega" kvarka, GeV ~0,006 ~0,003 0,08-0,15 1,1-1,4 4,1-4,9 174+5
Diapozitiv 24
Diapozitiv 25
Diapozitiv 26
Diapozitiv 27
Kateri jedrski procesi proizvajajo nevtrine? A. Med α - razpadom. B. Med β - razpadom. B. Ko se oddajajo γ - kvanti. D. Med kakršnimi koli jedrskimi transformacijami
Diapozitiv 28
Kateri jedrski procesi proizvajajo antinevtrine? A. Med α - razpadom. B. Med β - razpadom. B. Ko se oddajajo γ - kvanti. D. Med kakršnimi koli jedrskimi transformacijami
Diapozitiv 2
§114-115. Elementarni delci. Antidelci.
Načrt lekcije 1. Predstavitev “Elementarni delci”. 2. Novo gradivo. 3. Utrjevanje znanja. 4. L.R. .
Diapozitiv 3
Študentska anketa
1. Katere osnovne delce poznaš? 2. Kaj pomeni izraz "osnovno"? 3. Ali obstajajo še drugi osnovni delci? 4. Kako bi se lahko razlikovali? 5. Kako lahko to ugotovite?
Diapozitiv 4
Elementarni delci Znano je, da...
proton in nevtron se medsebojno transformirata. Obstaja več kot 350 osnovnih delcev. Razlikujejo se po masi, predznaku in velikosti naboja ter življenjski dobi. Večina je kratkotrajna. Carl David Anderson (1932) je odkril pozitron. Paul Dirac – napovedal njen obstoj in proces uničenja. (glej učbenik, 1933. Potrjeno s poskusom). 1955 Odkriti antiproton in antinevtron. Pojavila se je ideja o antimateriji. 1969 Serpuhov. Jedra atomov antihelija. Hadroni - medsebojno delujejo prek jedrskih sil (Lastnosti?) 1964 Kvarkova hipoteza. (Glej učbenik.) Leptoni ne delujejo prek jedrskih sil.
Diapozitiv 5
Tri stopnje
Diapozitiv 6
Faza 1. Od elektrona do pozitrona: 1897-1932
Pozitronski elektron
Diapozitiv 7
Stopnja 2. Od pozitrona do kvarkov
Diapozitiv 8
Elementarni delci
Diapozitiv 9
Temeljne interakcije
Diapozitiv 10
Delci in antidelci
γ hν=2mc2 Elektron Pozitron
Diapozitiv 11
Diapozitiv 12
Faza 3. Od hipoteze o kvarkih do danes
Skoraj vsa masa vsakega atoma je skoncentrirana v jedru, ki je stotisočkrat manjše od atoma. Jedro je sestavljeno iz protonov in nevtronov, ki so sestavljeni iz kvarkov. (Slika iz www.star.bnl.gov)
Diapozitiv 13
Zgradba hadronov
Diapozitiv 14
Gluoni
Gluonske sile, ki vežejo kvarke v protonu, ne oslabijo, ko se en kvark oddaljuje od drugega. Posledično pri poskusu "iztrganja" kvarka iz protona polje gluona ustvari dodaten par kvark-antikvark in ne kvark, ampak pi-mezon je ločen od protona. Pi mezon že lahko leti tako daleč od protona, ker sile med hadroni z razdaljo slabijo. (Slika iz www.nature.com)
Diapozitiv 16
Simetrija osnovnih delcev
V sodobni teoriji osnovnih delcev je vodilni koncept simetrije zakonov glede določenih transformacij. Simetrija velja za dejavnik, ki določa obstoj različnih skupin in družin osnovnih delcev.
Diapozitiv 17
Diapozitiv 18
Tako je videti tipičen "zanimiv" dogodek v detektorju CDF v Tevatronu. Prikazan je končni pogled detektorja. Žarki trčijo v smeri, ki je pravokotna na vzorec, ustvarjeni delci pa se razpršijo v različne smeri in se odklonijo v magnetnem polju. Večji kot je gibalna količina delca, šibkejši je odklon. Histogram na robovih prikazuje sproščanje energije delcev. (Slika iz www-cdf.fnal.gov)
Diapozitiv 19
"fizično" delo
Ta številka ponazarja včasih dolgočasno in celo slabo delo, ki ga morajo opraviti fiziki, da iz vseh statistik izolirajo redke dogodke. Pravzaprav je pogosto nemogoče zanesljivo trditi, ali se je delec, ki nas zanima, rodil ali ne v posameznem dogodku. Pomembne informacije je mogoče pridobiti samo iz celotne statistike kot celote. (Umetnina: CERN. Slika iz www.exploratorium.edu))
Diapozitiv 20
domača naloga
Napiši zgodbo o osnovnih delcih. Sestavite vprašanja in odgovore "Jumble"
Ogled vseh diapozitivov
Diapozitiv 2
Test 1. Kateri fizikalni sistemi nastanejo iz osnovnih delcev kot posledica elektromagnetne interakcije? A. Elektroni, protoni. B. Atomska jedra. B. Atomi, molekule snovi in antidelci. 2. Z vidika interakcije delimo vse delce na tri vrste: A. Mezoni, fotoni in leptoni. B. Fotoni, leptoni in barioni. B. Fotoni, leptoni in hadroni. 3. Kaj je glavni dejavnik obstoja osnovnih delcev? A. Medsebojno preoblikovanje. B. Stabilnost. B. Interakcija delcev med seboj. 4. Katere interakcije določajo stabilnost jeder v atomih? A. Gravitacijski. B. Elektromagnetno. B. Jedrska. D. Šibko.
Diapozitiv 3
6. Resničnost pretvorbe snovi v elektromagnetno polje: A. Potrjena z izkušnjo anihilacije elektrona in pozitrona. B. Potrjeno s poskusom anihilacije elektrona in protona. 7. Reakcija pretvorbe snovi v polje: A. e + 2γ→e+B. e + 2γ→e- B.e+ +e- =2γ. 8. Kakšna interakcija je odgovorna za transformacijo osnovnih delcev drug v drugega? A. Močna interakcija. B. Gravitacijski. B. Šibka interakcija D. Močna, šibka, elektromagnetna. Odgovori: B; IN; A; IN; B; A; IN; D. 5. Ali v naravi obstajajo nespremenljivi delci? A. Obstajajo. B. Ne obstajajo.
Diapozitiv 4
1964 Gell-Mann in Zweig - hipoteza o obstoju kvarkov. Kvarki so bili ime, dano vsem domnevnim "pravim osnovnim delcem", ki sestavljajo vse mezone, barione in resonance. Za nastanek takšnih delcev so morali kvarki imeti naboja +2\3 in -1\3. Takih delcev nismo poznali!!
Diapozitiv 5
n +2\3 -1\3 -1\3 u d d P +2\3 +2\3 -1\3 u d u Kvarki:u, d, s ,c, b, t.
Diapozitiv 6
Enako število antikvarkov Po Paulijevem principu: v enem sistemu med seboj povezanih delcev nikoli ne obstajata vsaj dva delca z enakimi parametri, če imata ta delca polcelo število spinov.
Diapozitiv 7
Omega - minus - hiperon je sestavljen iz treh enakih kvarkov. Kršitev načela?? Ali so kvarki identični?? Ne morejo biti enaki, zato se razlikujejo v nekaterih neznanih lastnostih. Te nove lastnosti so barvni naboji. Na kvarkih obstajajo tri vrste (barve) naboja. Rdeča, modra, rumena. Antikvarki imajo: anti-rdeč, anti-moder, anti-rumen naboj. Kvarki z enakimi električnimi naboji imajo različne barvne naboje in med njimi obstaja privlačna sila zaradi interakcije barv. Teorija, ki opisuje interakcijo barv, je kromodinamika.
Ogled vseh diapozitivov
