Открытие элементарных частиц презентация. Презентация - элементарная частица. Свойства кварков: масса

Слайд 3

Сколько элементов в таблице Менделеева?

Всего лишь 92.

Как? Там больше?

Верно, но все остальные - искусственно полученные, они в природе не встречаются.

Итак - 92 атома. Из них тоже можно составить молекулы, т.е. вещества!

Но то, что все вещества состоят из атомов, утверждал еще Демокрит (400 лет до нашей эры).

Он был большим путешественником, и его любимым изречением было:

"Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все остальное - воззрение"

Слайд 4

Античастица - частица, имеющая ту же массу и спин, но противоположные значения зарядов всех типов;

Хронология физики частиц

Для любой элементарной частицы есть своя античастица

Слайд 5

Хронология физики частиц

Все эти частицы были нестабильными, т.е. распадались на частицы с меньшими массами, в конечном счете превращаясь в стабильные протон, электрон, фотон и нейтрино (и их античастицы).

Перед физиками - теоретиками встала труднейшая задача упорядочить весь обнаруженный "зоопарк" частиц и попытаться свести число фундаментальных частиц к минимуму, доказав, что другие частицы состоят из фундаментальных частиц

Слайд 6

Хронология физики частиц

Эта модель к настоящему времени превратилась в стройную теорию всех известных типов взаимодействий частиц.

Слайд 7

Как обнаружить элементарную частицу?

Обычно изучают и анализируютследы (траектории или треки), оставленные частицами, по фотографиям

Слайд 8

Классификация элементарных частиц

Все частицы делятся на два класса:

• Фермионы, которые составляют вещество;
• Бозоны, через которые осуществляетсявзаимодействие.

Слайд 9

Фермионы подразделяются на

• лептоны
• кварки.

Слайд 10

Кварки

• Гелл-Манн и Георг Цвейг предложили кварковую модель в 1964 г.
• Принцип Паули: в одной системе взаимосвязанных частиц никогда не существует хотя бы две частицы с тождественными параметрами, если эти частицы обладают полуцелым спином.

М. Гелл-Маннна конференции в 2007 г.

Слайд 11

Что такое спин?

• Спин демонстрирует, что существует пространство состояний, никак не связанное с перемещением частицы в обычном пространстве;
• Спин (от англ. to spin – крутиться) часто сравнивают с угловым моментом «быстро вращающегося волчка» - это неверно!
• Спин является внутренней квантовой характеристикой частицы, которая не имеет аналога в классической механике;
• Спин (от англ. spin - вертеть[-ся], вращение) - собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого

Слайд 12

Спины некоторых микрочастиц

Слайд 13

Кварки

• Кварки участвуют в сильных взаимодействиях, а также в слабых и в электромагнитных.
• Заряды кварков дробные - от -1/3e до +2/3e (e - заряд электрона).
• Кварки в сегодняшней Вселенной существуют только в связанных состояниях - только в составе адронов. Например, протон - uud, нейтрон - udd.

Слайд 14

Четыре вида физических взаимодействий

• гравитационные,
• электромагнитные,
• слабые,
• сильные.

Слабое взаимодействие - меняет внутреннюю природу частиц.

Сильные взаимодействия - обусловливают различные ядерные реакции, а также возникновение сил, связывающих нейтроны и протоны в ядрах.

Механизм взаимодействий один: за счет обмена другими частицами - переносчиками взаимодействия.

Слайд 15

• Электромагнитное взаимодействие: переносчик - фотон.
• Гравитационное взаимодействие: переносчики - кванты поля тяготения - гравитоны.
• Слабые взаимодействия: переносчики - векторные бозоны.
• Переносчики сильных взаимодействий: глюоны (от английского слова glue - клей), с массой покоя равной нулю.
• И фотоны, и гравитоны не имеют массы (массы покоя) и всегда движутся со скоростью света.
• Существенным отличием переносчиков слабого взаимодействия от фотона и гравитона является их массивность.

Слайд 16

Свойства кварков

Кварковыесупермультиплеты (триада и антитриада ) ,d,s> ,d,s>

Слайд 17

Свойства кварков: цвет

Кварки имеют свойство, называемое цветовой заряд.

Существуют три вида цветового заряда, условно обозначаемые как

• синий,
• зелёный
• Красный.

Каждый цвет имеет дополнение в виде своего антицвета -антисиний, антизелёный и антикрасный.

В отличие от кварков, антикварки обладают не цветом, а антицветом, то есть противоположным цветовым зарядом.

Слайд 18

Свойства кварков: масса

У кварков имеется два основных типа масс, несовпадающих по величине:

масса токового кварка, оцениваемая в процессах со значительной передачей квадрата 4-импульса, и

структурная масса(блоковая, конституэнтная масса); включает в себя ещё массу глюонного поля вокруг кварка и оценивается из массы адронов и их кваркового состава.

Слайд 19

Свойства кварков: аромат

Каждый аромат (вид) кварка характеризуется такими квантовыми числами, как

• изоспин Iz,
• странность S,
• очарование C,
• прелесть (боттомность, красота) B′,
• истинность (топность) T.

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

Характеристики кварков

Слайд 24

Рассмотрим задачи

Слайд 25

Какая энергия выделяется при аннигиляции электрона и позитрона?

Слайд 26

Какая энергия выделяется при аннигиляции протона и антипротона?

Слайд 27

При каких ядерных процессах возникает нейтрино?

А. При α - распаде.

Б. При β - распаде.

В. При излучении γ - квантов.

Слайд 28

При каких ядерных процессах возникает антинейтрино?

А. При α - распаде.

Б. При β - распаде.

В. При излучении γ - квантов.

Г. При любых ядерных превращениях

Слайд 29

Протон состоит из...

А. . . .нейтрона, позитрона и нейтрино.Слайд 33

1.Какие физические системы образуются из элементарных частиц в результате электромагнитного взаимодействия?

А. Электроны, протоны. Б. Ядра атомов. В. Атомы, молекулы вещества и античастицы.

2. С точки зрения взаимодействия все частицы делятся на три типа: А. Мезоны, фотоны и лептоны. Б. Фотоны, лептоны и барионы. В. Фотоны, лептоны и адроны.

3. Что является главным фактором существования элементарных частиц? А. Взаимное превращение. Б. Стабильность. В. Взаимодействие частиц друг с другом.

4. Какие взаимодействия определяют устойчивость ядер в атомах? А. Гравитационные. Б. Электромагнитные. В. Ядерные. Г. Слабые.

Слайд 34

6. Реальность превращения вещества в электромагнитное поле: А. Подтверждается на опыте аннигиляции электрона и позитрона. Б. Подтверждается на опыте аннигиляции электрона и протона.

7. Реакция превращения вещества в поле: А. е + 2γ→е+Б. е + 2γ→е- В.е+ +е- =2γ.

8. Какое взаимодействие ответственно за превращение элементарных частиц друг в друга? А. Сильное взаимодействие. Б. Гравитационное. В. Слабое взаимодействие Г. Сильное, слабое, электромагнитное.

Ответы: В; В; А; В; Б; А; В; Г.

5. Существуют ли в природе неизменные частицы?

А. Существуют. Б. Не существуют.

Слайд 35

Литература

Периодическая система элементарных частиц

Ишханов Б.С. , Кэбин Э.И. Физика ядра и частиц, XX век /

таблица элементарных частиц

Частицы и античастицы

Элементарные частицы. справочник > химическая энциклопедия /

Физика элементарных частиц

Кварк /sila.narod.ru/phisics/phisics_atom_04.htm

Кварк. Материал из Википедии - свободной энциклопедии /

2.О кварках.

Гармония радуги

Посмотреть все слайды

Слайд 2

§114-115. Элементарные частицы. Античастицы.

План урока 1. Презентация «Элементарные частицы». 2. Новый материал. 3. Закрепление знаний. 4. Л.Р. .

Слайд 3

Опрос учащихся

1. Какие элементарные частицы вы знаете? 2. Что означает термин «элементарный»? 3. Существуют ли другие элементарные частицы? 4. Чем они могут отличаться? 5. Как это можно узнать?

Слайд 4

Элементарные частицыИзвестно, что …

протон и нейтрон взаимно превращаются. существует более 350 элементарных частиц. Они отличаются массой, знаком и величиной заряда, временем жизни. Большинство – короткоживущие. Карл ДейвидАндерсон (1932 г.) обнаружил позитрон. Поль Дирак – предсказал его существование и процесс аннигиляции. (см.учебник, 1933 г. Подтверждено рпытом). 1955 г. Обнаружен антипротон и антинейтрон. Возникла идея антивещества. 1969 г. Серпухов. Ядра атомов антигелия. Адроны – взаимодействуют посредством ядерных сил (Свойства?) 1964 г. Гипотеза о кварках. (См. учебник.) Лептоны не взаимодействуют посредством ядерных сил.

Слайд 5

Три этапа

Слайд 6

Этап 1. От электрона к позитрону: 1897-1932 г.

Позитроон Электрон

Слайд 7

Этап 2. От позитрона к кваркам

Слайд 8

Элементарные частицы

Слайд 9

Фундаментальные взаимодействия

Слайд 10

Частицы и античастицы

γ hν=2mc2 Электрон Позитрон

Слайд 11

Слайд 12

Этап 3. От гипотезы о кварках до наших дней

Почти вся масса любого атома сосредоточена в ядре, которое меньше атома в сто тысяч раз. Ядро сложено из протонов и нейтронов, которые состоят из кварков. (Рис. с сайта www.star.bnl.gov)

Слайд 13

Строение адронов

Слайд 14

Глюоны

Глюонные силы, связывающие кварки в протоне, не ослабевают при удалении одного кварка от другого. В результате при попытке «вырвать» кварк из протона глюонное поле порождает дополнительную кварк-антикварковую пару, и от протона уже отделяется не кварк, а пи-мезон. Пи-мезон уже может улететь сколь угодно далеко от протона, потому что силы между адронами ослабевают с расстоянием. (Рис. с сайта www.nature.com)

Слайд 16

Симметрия элементарных частиц

современной теории элементарных частиц концепция симметрии законов относительно некоторых преобразований является ведущей. Симметрия рассматривается как фактор, определяющий существование различных групп и семейств элементарных частиц.

Слайд 17

Слайд 18

Так выглядит типичное «интересное» событие в детекторе CDF на Тэватроне. Показан вид детектора с торца. Пучки сталкиваются в направлении, перпендикулярном рисунку, а рожденные частицы разлетаются в разные стороны, отклоняясь в магнитном поле. Чем больше импульс частицы, тем слабее она отклоняется. Гистограмма на краях показывает энерговыделение частиц. (Рис. с сайта www-cdf.fnal.gov)

Слайд 19

«Физическая» работа

Этот рисунок иллюстрирует ту порой скучную и даже черную работу, которую должны выполнить физики, чтобы выделить редкие события из всей статистики. На самом деле зачастую вообще невозможно достоверно сказать, родилась или нет интересующая нас частица в каждом конкретном событии. Осмысленную информацию можно извлечь только из всей статистики в целом. (Artwork: CERN. Рис. с сайта www.exploratorium.edu))

Слайд 20

Домашнее задание

Составить рассказ об элементарных частицах. Составить вопросы и ответы «Ералаш»

Посмотреть все слайды

«Классификация элементарных частиц» - Время жизни протона. Классификация адронов. Поколение. Лептонный дублет. Аннигиляция. Античастицы. Полное число кварков. Характеристики кварков и антикварков. Фермионы. Бозоны. Лептоны и их характеристики. Движение. Электрический заряд. Излучение. Взаимодействие. Элементарные частицы. Элементарная частица.

«Открытие нейтрона и протона» - Открытие протона. Открытие нейтрона и протона. Применение изотопов. Доказательство существования нейтрона. Резерфорд. Строение атомного ядра. Частицы из ядер азота. Д. Чедвик. Опыты с бором. Атомные массы. Метод «меченых атомов». Изотопы. В сельском хозяйстве. В археологии. В медицине.

«Нейтрино» - Черенковский детектор Super-Kamiokande. Смешивание нейтрино. Что мы хотим узнать. Эксперимент KamLand. 9438 ФЭУ для внутреннего объема. Обратная. 1700 тонн обычной воды. 5300 тонн обычной воды. 91 ФЭУ для внешнего объема (антисовпадения). Эксперимент MINOS. Число событий с E > 2.6 MeV 54 Ожидаемое число 86.8 ± 5.6 Фон 0.95 ± 0.99.

«Открытие протона» - Массовое и зарядовое число атома. Протонами. Количество протонов в ядре называют зарядовым числом. Зарядовым числом определяются химические свойства элемента. Как обозначают атомные ядра? В массах ядер обнаружилась. определяет относительную атомную массу химического элемента. Два ядра имеют одинаковые заряды, но разные массовые числа.

«Нейтрон» - Открытие нейтрона. Нейтро?н - элементарная частица, не имеющая заряда. Важный вклад сделали в 1932 Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Античастицей нейтрона является антинейтрон, который не совпадает с самим нейтроном. Открытие нейтрона (1932) принадлежит физику Дж. Нейтрон. Основные характеристики.

«Античастицы и антивещество» - Антимир – гипотетический космический объект (типа звезды или галактики) состоящий из антивещества. Открытие Андерсона. Теория большого взрыва. В мире должно быть одинаковое число звезд каждого сорта,» - Поль Дирак. Содержание. Рождение частиц и античастиц вблизи черных дыр-процесс Хокинга. Скопление антивещества в нашей Вселенной не найдено.

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

Обозначение, масса, заряд

Античастицы

История открытия элементарных частиц

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Слайд 2


Тест 1.Какие физические системы образуются из элементарных частиц в результате электромагнитного взаимодействия? А. Электроны, протоны. Б. Ядра атомов. В. Атомы, молекулы вещества и античастицы. 2. С точки зрения взаимодействия все частицы делятся на три типа: А. Мезоны, фотоны и лептоны. Б. Фотоны, лептоны и барионы. В. Фотоны, лептоны и адроны. 3. Что является главным фактором существования элементарных частиц? А. Взаимное превращение. Б. Стабильность. В. Взаимодействие частиц друг с другом. 4. Какие взаимодействия определяют устойчивость ядер в атомах? А. Гравитационные. Б. Электромагнитные. В. Ядерные. Г. Слабые.

Слайд 3


6. Реальность превращения вещества в электромагнитное поле: А. Подтверждается на опыте аннигиляции электрона и позитрона. Б. Подтверждается на опыте аннигиляции электрона и протона. 7. Реакция превращения вещества в поле: А. е + 2γ→е+Б. е + 2γ→е- В.е+ +е- =2γ. 8. Какое взаимодействие ответственно за превращение элементарных частиц друг в друга? А. Сильное взаимодействие. Б. Гравитационное. В. Слабое взаимодействие Г. Сильное, слабое, электромагнитное. Ответы: В; В; А; В; Б; А; В; Г. 5. Существуют ли в природе неизменные частицы? А. Существуют. Б. Не существуют.

Слайд 4


1964г. Гелл-Манн и Цвейг – гипотеза о существовании кварков. Кварками назвали все предполагаемые «настоящие элементарные частицы» , из которых состоят все мезоны, барионы и резонансы. Для образования таких частиц у кварков должны были быть заряды +2\3 и -1\3. Таких частиц не знали!! n +2\3 -1\3 -1\3 u d d P +2\3 +2\3 -1\3 u d u Кварки:u, d, s ,c, b, t. Столько же антикварков Согласно принципа Паули: в одной системе взаимосвязанных частиц никогда не существует хотя бы две частицы с тождественными параметрами, если эти частицы обладают полуцелым спином.

Слайд 5


Омега – минус – гиперон состоит из трех одинаковых кварков. Нарушение принципа?? Кварки тождественны?? Тождественными быть не могут, следовательно отличаются какими-то неизвестными свойствами. Эти новые свойства – цветовые заряды. Существует три типа (цветовых) заряда у кварков. Красный, синий,желтый. Антикварки обладают: антикрасным, антисиним, антижелтым зарядом. Кварки с одинаковыми электрическими зарядами имеют разный цветовой заряд и между ними действует сила притяжения, обусловленная цветовым взаимодействием. Теория, описывающая цветовое взаимодействие – хромодинамика.

Слайд 6


В природе не существует свободных КВАРКОВ! Силы цветового взаимодействия увеличиваются с увеличением расстояния от кварка. При разрыве связи между кварками рождается пара «кварк - антикварк» Цветовое взаимодействие обеспечивается ГЛЮОНАМИ Комбинация из трех цветов и трех антицветов дает восемь разных глюонов. Считается сегодня, что в природе 36 кварков, 8 глюонов, 12 лептонов и фотонов, всего 57 «самых элементарных» частиц.

Слайд 7


Поиски самой простой первоосновы материи вновь привели к открытию качественно новой ступени познания природы. « Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна…» В.И. Ленин Д/З § 87

Посмотреть все слайды