Физика 11 класс (Урок№29 - Элементарные частицы и их классификация.)
Физика 11 класс (Урок№29 - Элементарные частицы и их классификация.) Цель: формирование целостной картины мира на основе современных представлений о строении материи. Задачи: - познакомиться с основами классификаций элементарных частиц; - давать определение понятий: аннигиляция, лептоны, адроны, кварк, глюон, спин; - перечислять законы сохранения, которые выполняются при превращениях частиц; - описывать процессы аннигиляции частиц и античастиц. мы узнаем: - из чего состоит вся материя; - как формулируется принцип Паули; - что такое аннигиляция, спин, глюон, кварк; мы научимся: - выделять группы элементарных частиц; - перечислять законы сохранения, которые выполняются при превращениях частиц; мы сможем: - описывать роль ускорителей в изучении элементарных частиц. Элементарные частицы – это первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя. Элементарные частицы не остаются неизменными. Все элементарные частицы способны превращаться друг в друга, и эти взаимные превращения – главный факт их существования. Все частицы имеют двойников – античастицы. Например, по отношению к электрону античастицей является позитрон. Частица и античастица имеют одинаковые массы, а их заряды противоположны по знаку. При столкновении частицы с античастицей они исчезают (аннигилируют), превращаясь в другие частицы. Кварки – фундаментальные частицы, которые были обнаружены внутри протонов и нейтронов при наблюдении рассеяния электронов и нейтрино больших энергий на нуклонах. Сильное взаимодействие кварков осуществляется при обмене глюонами. Принцип Паули: в системе одинаковых фермионов любые два из них не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии. Фермионы – электрон, протон, нейтрон и электронное нейтрино. Бозоны – фотон, π-мезон и ряд других частиц. Квантовая механика и теория относительности утверждают, что каждая элементарная частица характеризуется неотрицательной массой и неотрицательным целым или полуцелым спином и что для каждой частицы существует античастица с такими же массой и спином, но с противоположным электрическим зарядом. Частицы, масса которых отлична от нуля, движутся медленнее света, и их можно затормозить, в то время как частицы с нулевой массой (такие, как фотон и гравитон) движутся со скоростью света по отношению ко всем наблюдателям. Спин есть мера собственного момента импульса частицы. Если частица с массой имеет спин s, то она может находиться в любом из (2s + 1) квантовых состояний, отличающихся проекцией спина. Античастица электрона, называемая позитроном, впервые была обнаружена в 1932 году в космических лучах. Антипротоны были впервые получены и зарегистрированы на бэватроне в Беркли в 1955 году. Фотоны совпадают со своими собственными античастицами. При контакте частицы со своей античастицей они аннигилируют. Всё вещество на Земле (и почти всё вещество во Вселенной) состоит из частиц, а не античастиц. В противном случае не было бы ни нас с вами, ни этого рассказа. Фермионы и бозоны Частицы с полуцелым спином (например, электрон со спином 1/2) подчиняются статистике Ферми – Дирака и называются фермионами. Два одинаковых фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии (принцип запрета Паули). Частицы с целым спином (например, фотон) подчиняются статистике Бозе – Эйнштейна. Многие из бозонов могут (и, в известном смысле, «любят») собираться в одном и том же квантовом состоянии, что является принципиальной основой работы лазеров. Фундаментальные фермионы – кварки и лептоны Наш перечень таких частиц содержит двенадцать частиц со спином 1/2: шесть кварков и шесть лептонов. Кварки были придуманы М. Гелл-Манном и Г. Цвейном в 1963 году, u-, с-, t-кварки (от слов «up» – вверх, «charmed» – очарованный, «top» – верхний) несут электрический заряд, равный 2/3, в то время как d-, s-, b-кварки (от слов «down» – вниз, «strange» – странный, «botton» – нижний) несут заряд, равный – 1/3. Отдельный кварк не может быть изолирован от адрона, частью которого он является. Таким образом, кварки нельзя рассматривать как полноправные частицы. Слово лептон происходит от греческого «лептос», означающего «маленький» или «легкий», и было введено в 1948 году Л. Розенфельдом для обозначения любого фермиона небольшой массы, подобного электрону или нейтрино. В настоящее время лептоны включают все шесть известных фермионов, на которые не распространяется сильное ядерное взаимодействие. Три из них имеют электрический заряд: электрон, мюон (примерно в 200 раз тяжелее) и тау-лептон (ещё в 17 раз тяжелее). Каждому из них соответствует свой сорт нейтрино, всего получается шесть лептонов. Нейтрино очень лёгкие; возможно, они имеют нулевую массу. Недавние эксперименты позволяют предположить, что существует не больше трёх разновидностей нейтрино. Это означало бы, что наш список фундаментальных фермионов является полным. Так ли это на самом деле, увидим!
Физика 11 класс (Урок№29 - Элементарные частицы и их классификация.) Цель: формирование целостной картины мира на основе современных представлений о строении материи. Задачи: - познакомиться с основами классификаций элементарных частиц; - давать определение понятий: аннигиляция, лептоны, адроны, кварк, глюон, спин; - перечислять законы сохранения, которые выполняются при превращениях частиц; - описывать процессы аннигиляции частиц и античастиц. мы узнаем: - из чего состоит вся материя; - как формулируется принцип Паули; - что такое аннигиляция, спин, глюон, кварк; мы научимся: - выделять группы элементарных частиц; - перечислять законы сохранения, которые выполняются при превращениях частиц; мы сможем: - описывать роль ускорителей в изучении элементарных частиц. Элементарные частицы – это первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя. Элементарные частицы не остаются неизменными. Все элементарные частицы способны превращаться друг в друга, и эти взаимные превращения – главный факт их существования. Все частицы имеют двойников – античастицы. Например, по отношению к электрону античастицей является позитрон. Частица и античастица имеют одинаковые массы, а их заряды противоположны по знаку. При столкновении частицы с античастицей они исчезают (аннигилируют), превращаясь в другие частицы. Кварки – фундаментальные частицы, которые были обнаружены внутри протонов и нейтронов при наблюдении рассеяния электронов и нейтрино больших энергий на нуклонах. Сильное взаимодействие кварков осуществляется при обмене глюонами. Принцип Паули: в системе одинаковых фермионов любые два из них не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии. Фермионы – электрон, протон, нейтрон и электронное нейтрино. Бозоны – фотон, π-мезон и ряд других частиц. Квантовая механика и теория относительности утверждают, что каждая элементарная частица характеризуется неотрицательной массой и неотрицательным целым или полуцелым спином и что для каждой частицы существует античастица с такими же массой и спином, но с противоположным электрическим зарядом. Частицы, масса которых отлична от нуля, движутся медленнее света, и их можно затормозить, в то время как частицы с нулевой массой (такие, как фотон и гравитон) движутся со скоростью света по отношению ко всем наблюдателям. Спин есть мера собственного момента импульса частицы. Если частица с массой имеет спин s, то она может находиться в любом из (2s + 1) квантовых состояний, отличающихся проекцией спина. Античастица электрона, называемая позитроном, впервые была обнаружена в 1932 году в космических лучах. Антипротоны были впервые получены и зарегистрированы на бэватроне в Беркли в 1955 году. Фотоны совпадают со своими собственными античастицами. При контакте частицы со своей античастицей они аннигилируют. Всё вещество на Земле (и почти всё вещество во Вселенной) состоит из частиц, а не античастиц. В противном случае не было бы ни нас с вами, ни этого рассказа. Фермионы и бозоны Частицы с полуцелым спином (например, электрон со спином 1/2) подчиняются статистике Ферми – Дирака и называются фермионами. Два одинаковых фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии (принцип запрета Паули). Частицы с целым спином (например, фотон) подчиняются статистике Бозе – Эйнштейна. Многие из бозонов могут (и, в известном смысле, «любят») собираться в одном и том же квантовом состоянии, что является принципиальной основой работы лазеров. Фундаментальные фермионы – кварки и лептоны Наш перечень таких частиц содержит двенадцать частиц со спином 1/2: шесть кварков и шесть лептонов. Кварки были придуманы М. Гелл-Манном и Г. Цвейном в 1963 году, u-, с-, t-кварки (от слов «up» – вверх, «charmed» – очарованный, «top» – верхний) несут электрический заряд, равный 2/3, в то время как d-, s-, b-кварки (от слов «down» – вниз, «strange» – странный, «botton» – нижний) несут заряд, равный – 1/3. Отдельный кварк не может быть изолирован от адрона, частью которого он является. Таким образом, кварки нельзя рассматривать как полноправные частицы. Слово лептон происходит от греческого «лептос», означающего «маленький» или «легкий», и было введено в 1948 году Л. Розенфельдом для обозначения любого фермиона небольшой массы, подобного электрону или нейтрино. В настоящее время лептоны включают все шесть известных фермионов, на которые не распространяется сильное ядерное взаимодействие. Три из них имеют электрический заряд: электрон, мюон (примерно в 200 раз тяжелее) и тау-лептон (ещё в 17 раз тяжелее). Каждому из них соответствует свой сорт нейтрино, всего получается шесть лептонов. Нейтрино очень лёгкие; возможно, они имеют нулевую массу. Недавние эксперименты позволяют предположить, что существует не больше трёх разновидностей нейтрино. Это означало бы, что наш список фундаментальных фермионов является полным. Так ли это на самом деле, увидим!