Există particule imuabile în natură? Particule elementare. Clasificarea particulelor elementare

Tema lecției: „Etapele dezvoltării fizicii particule elementare" În această lecție ne vom uita următoarele întrebări:

    Istoria dezvoltării ideii că lumea este formată din particule elementare. Ce sunt particulele elementare? Cum se poate obține o particulă elementară izolată și este posibil? Tipologia particulelor.

Lecția noastră se va desfășura în principal sub formă de prelegere, iar dacă în timpul prelegerii aveți întrebări sau completări, voi fi bucuros să le ascult.

Ideea că lumea este făcută din particule fundamentale are o istorie lungă. Astăzi, există trei etape în dezvoltarea fizicii particulelor elementare.

Să deschidem manualul de la pagina , etc. Să facem cunoștință cu numele etapelor și intervalelor de timp.

Etapa 1.

Elementar, adică cel mai simplu, mai departe indivizibil, este modul în care celebrul om de știință grec Democrit și-a imaginat atomul. Permiteți-mi să vă reamintesc că cuvântul „atom” în traducere înseamnă „indivizibil”. Pentru prima dată, ideea existenței unor particule minuscule, invizibile, care alcătuiesc toate obiectele din jur, a fost exprimată de Democrit la 400 de ani î.Hr. Știința a început să folosească conceptul de atomi numai în începutul XIX secol, când pe această bază s-a putut explica o serie întreagă fenomene chimice. Și la sfârșitul acestui secol a fost descoperită structura complexă a atomului. În 1911, a fost descoperit nucleul atomic (E. Rutherford) și s-a dovedit în sfârșit că atomii au o structură complexă.

Să ne amintim băieți: ce particule fac parte din atom și le caracterizează pe scurt?

Băieți, poate că unii dintre voi vă amintiți: de către cine și în ce ani au fost descoperite electronii, protonii și neutronii?

După descoperirea protonului și neutronului, a devenit clar că nucleele atomilor, ca și atomii înșiși, au o structură complexă. A apărut teoria proton-neutron a structurii nucleelor ​​(D. D. Ivanenko și V. Heisenberg).

În anii 30 anii XIX secolului, în teoria electrolizei dezvoltată de M. Faraday a apărut conceptul de ion și s-a efectuat măsurarea sarcinii elementare. Sfârșitul secolului al XIX-lea – pe lângă descoperirea electronului, a fost marcat de descoperirea fenomenului radioactivității (A. Becquerel, 1896). În 1905, în fizică a apărut ideea cuantelor de câmp electromagnetic - fotoni (A. Einstein).

Să ne amintim: ce este un foton?

Particulele descoperite erau considerate entități primordiale indivizibile și neschimbabile, blocurile de bază ale universului.

Etapa 2.

Cu toate acestea, această opinie nu a durat mult.

În anii 1930, transformările reciproce ale protonilor și neutronilor au fost descoperite și studiate și a devenit clar că aceste particule nu sunt, de asemenea, „blocurile de construcție” elementare neschimbate ale naturii.

În prezent, sunt cunoscute aproximativ 400 de particule subnucleare (particulele care alcătuiesc atomii, care sunt de obicei numite elementare. Marea majoritate a acestor particule sunt instabile (particulele elementare se transformă unele în altele).

Singurele excepții sunt fotonii, electronii, protonii și neutrinii.

Fotonul, electronul, protonul și neutrinoul sunt particule stabile (particule care pot exista în stare liberă la infinit), dar fiecare dintre ele, atunci când interacționează cu alte particule, se poate transforma în alte particule.

Toate celelalte particule experimentează spontan transformarea în alte particule și asta fapt principal existența lor.

Am menționat încă o particulă - neutrino. Care sunt principalele caracteristici ale acestei particule? De către cine și când a fost descoperit?

Particulele elementare instabile diferă foarte mult în timpul lor de viață.

Cea mai lungă particulă este neutronul. Durata de viață a neutronilor 15 min.

Alte particule „trăiesc” pentru un timp mult mai scurt.

Există câteva zeci de particule cu o durată de viață care depășește 10-17 s. La scara microcosmosului, acesta este un moment semnificativ. Astfel de particule sunt numite relativ stabile.

Majoritate de scurtă durată particulele elementare au durate de viață de ordinul 10–22–10–23 s.

Capacitatea de a suferi transformări reciproce este cea mai importantă proprietate a tuturor particulelor elementare.

Particulele elementare sunt capabile să se nască și să fie distruse (emise și absorbite). Acest lucru se aplică și particulelor stabile, cu singura diferență că transformările particulelor stabile nu au loc spontan, ci prin interacțiune cu alte particule.

Un exemplu este anihilarea (adică, dispariția) unui electron și a unui pozitron, însoțită de nașterea fotonilor de înaltă energie.

Pozitron– (antiparticulă de electron) o particulă încărcată pozitiv care are aceeași masă și aceeași sarcină (modulo) ca și electronul. Despre caracteristicile sale vom vorbi mai detaliat în lecția următoare. Să spunem doar că existența pozitronului a fost prezisă de P. Dirac în 1928, iar el a fost descoperit în 1932 în raze cosmice de K. Anderson.

În 1937, în razele cosmice au fost descoperite particule cu o masă de 207 mase de electroni, numite muoni (μ-mezoni). Durata medie de viață a unui mezon μ este

Apoi, în 1947–1950, au fost descoperiți pioni (adică mezoni π) Durata medie de viață a unui mezon π neutru este de 0,87 10–16 s.

În anii următori, numărul de particule nou descoperite a început să crească rapid. Acest lucru a fost facilitat de cercetarea razelor cosmice, dezvoltarea tehnologiei acceleratoarelor și studiul reacțiilor nucleare.

Acceleratoare moderne necesare pentru a desfășura procesul de naștere a particulelor noi și a studia proprietățile particulelor elementare. Particulele inițiale sunt accelerate în accelerator la energii înalte „pe un curs de coliziune” și se ciocnesc între ele într-un anumit loc. Dacă energia particulelor este mare, atunci în timpul procesului de coliziune se nasc multe particule noi, de obicei instabile. Aceste particule, împrăștiate din punctul de coliziune, se dezintegrează în particule mai stabile, care sunt înregistrate de detectoare. Pentru fiecare astfel de act de coliziune (fizicienii spun: pentru fiecare eveniment) - și sunt înregistrate în mii pe secundă! -experimentatorii determină ca urmare variabile cinematice: valorile impulsurilor și energiilor particulelor „prinse”, precum și traiectoriile acestora (a se vedea figura din manual sau Anexa nr. 1). Colectând multe evenimente de același tip și studiind distribuțiile acestor mărimi cinematice, fizicienii reconstruiesc modul în care a avut loc interacțiunea și ce tip de particule pot fi atribuite particulele rezultate.

Etapa 3.

Particulele elementare sunt combinate în trei grupe: fotoni, leptoni și hadroni (Anexa nr. 2 - tabel).

Băieți, enumerați-mi particulele care aparțin diferitelor grupuri.

Următorul grup este format din particule leptonice ușoare.

Leptonii includ, de asemenea, un număr de particule care nu sunt enumerate în tabel.

Al treilea grup mare este format din particule grele numite hadroni. Acest grup este împărțit în două subgrupe. Particulele mai ușoare formează un subgrup de mezoni.

Al doilea subgrup - barionii - include particule mai grele. Este cel mai extins.

Ele sunt urmate de așa-numiții hiperoni. Omega-minus-hyperon, descoperit în 1964, închide tabelul.

Abundența de hadroni descoperiți și recent descoperiți i-a determinat pe oamenii de știință să creadă că toți au fost construiti din alte particule mai fundamentale.

În 1964, fizicianul american M. Gell-Man a prezentat o ipoteză, confirmată de cercetările ulterioare, că toate particulele fundamentale grele - hadronii - sunt construite din mai multe particule fundamentale numite quarci.

Co punct structural vedere a particulelor elementare care alcătuiesc nuclee atomice (nucleonii), și în general toate particulele grele - hadronii (barioniiŞi mezonii) - constau din particule chiar mai simple, care sunt de obicei numite fundamentale. Acest rol de elemente primare cu adevărat fundamentale ale materiei este jucat de quarcuri, a cărei sarcină electrică este egală cu +2/3 sau –1/3 unitate sarcina pozitiva proton.

Cei mai obișnuiți și mai ușori cuarcuri sunt numiți topŞi mai jos si denota, respectiv, u(din engleza Sus) Și d(jos). Uneori sunt numite și protonŞi neutroni quarc datorită faptului că protonul este format dintr-o combinație uud, iar neutronul - udd. Cuarcul de top are o sarcină de +2/3; jos - sarcină negativă –1/3. Deoarece un proton este format din doi sus și unul jos, iar un neutron este format din unul sus și doi cuarci down, puteți verifica independent dacă sarcina totală a protonului și neutronului este strict egală cu 1 și 0.

Alte două perechi de quarci fac parte din particule mai exotice. Se numesc quarcii din a doua pereche fermecat - c(din Fermecat) Și ciudat - s(din ciudat).

A treia pereche este adevărat - t(din adevăr, sau în engleză traditii top) Și Frumos - b(din frumuseţe, sau în engleză traditii fund) quarci.

Aproape toate particulele constând din diferite combinații de quarci au fost deja descoperite experimental

Odată cu acceptarea ipotezei cuarcului, a fost posibil să se creeze un sistem armonios de particule elementare. Numeroase căutări pentru quarci în stare liberă, efectuate la acceleratoare de înaltă energie și în raze cosmice, au fost fără succes. Oamenii de știință cred că unul dintre motivele inobservabilității quarcilor liberi este, probabil, masele lor foarte mari. Acest lucru previne nașterea quarcilor la energiile care sunt realizate în acceleratoarele moderne.

Experimentul de izolare a quarcilor liberi a început acum aproximativ 10 ani și va fi lansat anul viitor. Sunt în curs de pregătire elemente ale celei mai mari instalații experimentale din lume - Large Hadron Collider din Elveția.

Și acest experiment, care va fi lansat anul viitor, va răspunde la multe întrebări și, de fapt, va împinge fizica să se dezvolte mai departe.

Prezentare pe tema „Particule elementare” în fizică în format powerpoint. Această prezentare pentru școlari de clasa a XI-a explică fizica particulelor elementare și sistematizează cunoștințele pe această temă. Scopul lucrării este de a dezvolta gândirea abstractă, ecologică și științifică a elevilor, bazată pe idei despre particulele elementare și interacțiunile lor. Autorul prezentării: Popova I.A., profesor de fizică.

Fragmente din prezentare

Câte elemente sunt în tabelul periodic?

  • Doar 92.
  • Cum? Mai sunt?
  • Adevărat, dar toate celelalte sunt obținute artificial, nu apar în natură.
  • Deci - 92 de atomi. Din ele pot fi făcute și molecule, adică. substante!
  • Dar faptul că toate substanțele constau din atomi a fost afirmat de Democrit (400 î.Hr.).
  • Era un mare călător, iar zicala lui preferată era:
  • „Nimic nu există în afară de atomi și spațiu pur, orice altceva este o vedere”

Cronologie a fizicii particulelor

  • Fizicienii teoreticieni s-au confruntat cu cea mai dificilă sarcină de a ordona întreaga „grădină zoologică” descoperită de particule și de a încerca să reducă numărul de particule fundamentale la minimum, demonstrând că alte particule constau din particule fundamentale.
  • Toate aceste particule erau instabile, adică. s-a degradat în particule cu mase mai mici, devenind în cele din urmă protoni, electroni, fotoni și neutrini stabili (și antiparticulele lor).
  • Al treilea este acesta. M. Gell-Mann și independent J. Zweig au propus un model al structurii particulelor care interacționează puternic din particulele fundamentale - quarci
  • Acest model s-a transformat acum într-o teorie coerentă a tuturor tipurilor cunoscute de interacțiuni ale particulelor.

Cum se detectează o particulă elementară?

De obicei, urmele (traiectorii sau urmele) lăsate de particule sunt studiate și analizate cu ajutorul fotografiilor

Clasificarea particulelor elementare

Toate particulele sunt împărțite în două clase:

  • Fermioni, care alcătuiesc materia;
  • Bosonii prin care are loc interacțiunea.

Quarci

  • Quarcii participă la interacțiuni puternice, precum și la cele slabe și electromagnetice.
  • Gell-Mann și Georg Zweig au propus modelul cuarcului în 1964.
  • Principiul Pauli: într-un sistem de particule interconectate nu există niciodată cel puțin două particule cu parametri identici dacă aceste particule au spin semiîntreg.

Ce este spin?

  • Spinul demonstrează că există un spațiu de stare care nu are nimic de-a face cu mișcarea unei particule în spațiul obișnuit;
  • Spin (din engleză to spin - to spin) este adesea comparat cu impulsul unghiular al unui „vârf care se rotește rapid” - acest lucru nu este adevărat!
  • Spinul este o caracteristică cuantică internă a unei particule, care nu are analog mecanica clasica;
  • Spin (din engleză spin - învârtire, rotație) este momentul unghiular intrinsec al particulelor elementare, care are o natură cuantică și nu este asociat cu mișcarea particulei în ansamblu.

Patru tipuri de interacțiuni fizice

  • gravitațional,
  • electromagnetic,
  • slab,
  • puternic.
  • Interacțiune slabă- modifică natura internă a particulelor.
  • Interacțiuni puternice- cauza diverse reactii nucleare, precum și apariția forțelor care leagă neutronii și protonii în nuclee.

Proprietățile quarcurilor

  • Quarcii au o proprietate numită încărcare de culoare.
  • Există trei tipuri de încărcare de culoare, denumite în mod convențional ca
  • albastru,
  • verde
  • Roşu.
  • Fiecare culoare are un complement sub forma propriei sale anti-culoare - anti-albastru, anti-verde si anti-rosu.
  • Spre deosebire de quarci, antiquarcii nu au culoare, ci anticolor, adică încărcătura de culoare opusă.
Proprietățile quarcurilor: masa
  • Quarcii au două tipuri principale de mase, care diferă ca mărime:
  • masa curentă a cuarcului, estimată în procese cu transfer semnificativ al pătratului de 4 momente și
  • masa structurala (bloc, masa constitutiva); include și masa câmpului de gluoni din jurul cuarcului și este estimată din masa hadronilor și din compoziția lor de cuarc.
Proprietăți ale quarcurilor: aromă
  • Fiecare aromă (tip) a unui quarc este caracterizată prin următoarele numere cuantice, Cum
  • isospin Iz,
  • ciudățenie S,
  • farmec C,
  • farmec (fondul, frumusețea) B′,
  • Adevărul (apocalipsa) T.

Sarcini

  • Ce energie este eliberată în timpul anihilării unui electron și a unui pozitron?
  • Ce energie este eliberată în timpul anihilării unui proton și antiproton?
  • Ce procese nucleare produc neutrini?
    • A. În timpul α - dezintegrare.
    • B. În timpul β - dezintegrare.
    • B. Când sunt emise γ - cuante.
  • Ce procese nucleare produc antineutrini?
    • A. În timpul α - dezintegrare.
    • B. În timpul β - dezintegrare.
    • B. Când sunt emise γ - cuante.
    • D. În timpul oricăror transformări nucleare
  • Un proton este format din...
    • A. . . .neutroni, pozitroni si neutrini.
    • B. . . .mezoni.
    • IN . . .quarci.
    • D. Un proton nu are părți constitutive.
  • Un neutron este format din...
    • A. . . .proton, electron și neutrino.
    • B. . . .mezoni.
    • IN . . . quarcuri.
    • D. Neutronul nu are părți constitutive.
  • Ce s-a dovedit prin experimentele lui Davisson și Germer?
    • A. Natura cuantică a absorbției de energie de către atomi.
    • B. Natura cuantică a emisiei de energie de către atomi.
    • B. Proprietățile ondulatorii ale luminii.
    • D. Proprietăţile undei ale electronilor.
  • Care dintre următoarele formule determină lungimea de undă de Broglie pentru un electron (m și v sunt masa și viteza electronului)?

Test

  • Care sisteme fizice sunt formate din particule elementare ca rezultat al interacțiunii electromagnetice? A. Electroni, protoni. B. Nuclee atomice. B. Atomi, molecule de materie și antiparticule.
  • Din punct de vedere al interacțiunii, toate particulele sunt împărțite în trei tipuri: A. Mezoni, fotoni și leptoni. B. Fotoni, leptoni și barioni. B. Fotoni, leptoni și hadroni.
  • Care este principalul factor în existența particulelor elementare? A. Transformare reciprocă. B. Stabilitate. B. Interacțiunea particulelor între ele.
  • Ce interacțiuni determină stabilitatea nucleelor ​​din atomi? A. Gravitațional. B. Electromagnetice. B. Nuclear. D. Slab.
  • Există particule imuabile în natură? A. Există. B. Nu există.
  • Realitatea transformării materiei într-un câmp electromagnetic: A. Confirmată de experienţa anihilării unui electron şi a unui pozitron. B. Confirmat prin experimentul de anihilare a unui electron și a unui proton.
  • Reacția de transformare a materiei într-un câmp: A. e + 2γ→e+ B. e + 2γ→e- C. e+ +e- =2γ.
  • Ce interacțiune este responsabilă pentru transformarea particulelor elementare unele în altele? A. Interacțiune puternică. B. Gravitațional. B. Interacțiune slabă D. Puternic, slab, electromagnetic.

Instituție de învățământ anormală bugetară municipală „Gimnaziul nr. 1 numit după G.H. Tasirov al orașului Belovo” Particule elementare Prezentare pentru o lecție de fizică în clasa a XI-a (nivel de profil) Completată de: Popova I.A., profesor de fizică Belovo, 2012 OBIECTIV: Familiarizarea cu fizica particulelor elementare și sistematizarea cunoștințelor pe această temă. Dezvoltarea gândirii abstracte, ecologice și științifice a elevilor pe baza ideilor despre particulele elementare și interacțiunile lor Câte elemente sunt în tabelul periodic? quark Cum se detectează o particulă elementară? reciproc interacțiune: purtătorul gravitonilor nu este un foton. au mase Gravitaționale -39 Gravitaționale Infinit de mare 6.10 Interacțiune: purtătorii - (masele de repaus) și cuantele câmpului gravitațional mișcă întotdeauna gravitonii. Electromagnetic Infinit mare 1/137 cu viteza Interacțiunilor slabe: lumină. purtătorii sunt bosoni vectoriali. Slab Nu depășește 10-16 cm 10-14 O diferență semnificativă între purtătorii de purtători puternici ai interacțiunilor slabe: gluoni (de la -13 interacțiuni de la foton Puternic nu depășește 10 cm 1 cuvânt englezesc - lipici), iar gravitonul este masa lor în repaus este egală cu zero. masivitate. Proprietățile quarcurilor Supermultipleții de quarc (triada și antitriada ) Proprietățile cuarcilor: Quarcii de culoare au o proprietate numită taxă de culoare. Un neutron nu are părți constitutive. Ce s-a dovedit prin experimentele lui Davisson și Germer?

Când filozoful grec Democrit a numit cele mai simple particule indivizibile atomi (cuvântul atom, Să vă reamintim că înseamnă „indivizibil”), apoi, în principiu, probabil că totul nu i s-a părut foarte complicat. Diverse obiecte, plante, animale sunt construite din particule indivizibile, neschimbabile. Transformările observate în lume sunt o simplă rearanjare a atomilor. Totul în lume curge, totul se schimbă, cu excepția atomilor înșiși, care rămân neschimbați.

Dar în sfârşitul XIX-lea secolul, structura complexă a atomilor a fost descoperită și electronul a fost izolat ca parte integrantă a atomului. Apoi, deja în secolul al XX-lea, au fost descoperite protonii și neutronii - particule care alcătuiesc nucleul atomic. La început, toate aceste particule au fost privite exact așa cum privea Democrit la atomi: erau considerate esențe primare indivizibile și neschimbabile, blocurile de bază ale universului.

Situația de claritate atractivă nu a durat mult. Totul s-a dovedit a fi mult mai complicat:

După cum sa dovedit, nu există deloc particule neschimbate. În cuvântul însuși elementar există un dublu sens.

Pe de o parte, elementarul este o chestiune desigur, cea mai simplă. Pe de altă parte, prin elementar înțelegem ceva fundamental care stă la baza lucrurilor (în acest sens ei numesc acum particule subatomice elementar).

Următorul fapt simplu ne împiedică să considerăm particulele elementare cunoscute în prezent ca fiind similare cu atomii neschimbători ai lui Democrit. Niciuna dintre particule nu este nemuritoare. Majoritatea particulelor numite acum elementare nu pot supraviețui mai mult de două milioane de secundă, chiar și în absența oricărei influențe externe. Un neutron liber (un neutron situat în afara nucleului atomic) trăiește în medie 15 minute.

Numai foton, electron, protonŞi neutrini ar rămâne neschimbată dacă fiecare dintre ei ar fi singur în întreaga lume (neutrinul nu are sarcină electrică și masa lui în repaus este aparent egală cu zero).

Dar electronii și protonii au cei mai periculoși frați - pozitroniŞi antiprotoni, la ciocnirea cu care aceste particule sunt distruse reciproc și se formează altele noi.

Un foton emis de o lampă de masă nu durează mai mult de 10~8 s. Acesta este timpul necesar pentru ca acesta să ajungă la pagina cărții și să fie absorbit de hârtie. Doar neutrinii sunt aproape nemuritori datorită faptului că interacționează extrem de slab cu alte particule. Cu toate acestea, neutrinii mor și atunci când se ciocnesc cu alte particule, deși astfel de ciocniri sunt extrem de rare.

Toate particulele elementare se transformă unele în altele, iar aceste transformări reciproce sunt principalul fapt al existenței lor.

Oamenii de știință au observat transformări ale particulelor elementare în timpul ciocnirilor de particule de înaltă energie.

Ideea imuabilității particulelor elementare s-a dovedit a fi insuportabilă. Dar ideea indecompoziției lor a rămas.

Particulele elementare nu mai sunt indivizibile, dar sunt inepuizabile în proprietățile lor.

Asta te face să crezi. Să avem o dorință naturală de a investiga dacă, de exemplu, un electron este format din oricare altul particule subelementare. Ce trebuie făcut pentru a încerca dezmembrarea unui electron? Există un singur mod la care te poți gândi. Aceasta este aceeași metodă la care recurge un copil dacă vrea să afle ce se află în interiorul unei jucării de plastic - o lovitură puternică.

Conform conceptelor moderne, particulele elementare sunt particulele primare, indecompuse, din care este construită toată materia. Cu toate acestea, indivizibilitatea particulelor elementare nu înseamnă că le lipsește o structură internă.

În anii 60 au apărut îndoieli că toate particulele numite acum elementare justifică pe deplin această denumire. Motivul îndoielii este simplu: există o mulțime de aceste particule.

Descoperirea unei noi particule elementare a fost întotdeauna și este încă un triumf remarcabil al științei. Dar cu destul de mult timp în urmă, o parte de anxietate a început să se amestece cu fiecare triumf succesiv. Triumfurile au început să urmeze literalmente unul după altul.

Un grup de așa-ziși "ciudat" particule: K-me- zone şi hiperoni cu mase care depăşesc masa nucleonilor. În anii 70 lor li s-a adăugat un grup mare de particule cu mase și mai mari, numite "fermecat."În plus, au fost descoperite particule de scurtă durată cu o durată de viață de ordinul 10~ 22 -10~ 23 s. Aceste particule au fost numite rezonanțe,și numărul lor a depășit două sute.

Atunci (în 1964) M. Gell-Mannon și J. Zweig au propus un model conform căruia toate particulele care participă la interacțiuni puternice (nucleare) hadroni, construit din particule mai fundamentale (sau primare) - quarcuri.

Quarcii au o sarcină electrică fracționată . Protonii și neutronii sunt formați din trei quarci.

În prezent, nimeni nu se îndoiește de realitatea quarcilor, deși aceștia nu au fost descoperiți în stare liberă și probabil nu vor fi descoperiți niciodată. Existența quarcilor este dovedită prin experimente privind împrăștierea electronilor de foarte mare energie de către protoni și neutroni. Numărul de quarci diferiți este de șase. Quarcii, din câte se știe acum, nu au structură internă și în acest sens pot fi considerați cu adevărat elementari.

Se numesc particule de lumină care nu participă la interacțiuni puternice leptoni. Există, de asemenea, șase dintre ele, precum quarcii (un electron, trei tipuri de neutrini și încă două particule - un muon și un lepton tau cu mase semnificativ mai mari decât masa electronului).

Existența gemenului electronului - pozitronul - a fost prezisă teoretic de către fizicianul englez P. Dirac în 1931. În același timp, Dirac a prezis că atunci când un pozitron întâlnește un electron, ambele particule ar trebui să dispărea generând fotoni de înaltă energie. Procesul invers poate apărea și - nașterea unei perechi electron-pozitron, de exemplu, când un foton de energie suficient de mare se ciocnește (masa lui trebuie să fie mai mare decât suma maselor de repaus ale particulelor rezultate) cu un nucleu.

Doi ani mai târziu, pozitronul a fost descoperit folosind o cameră cu nori plasată într-un câmp magnetic. Direcția de curbură a pistei de particule a fost indicată de semnul încărcăturii sale. Pe baza razei de curbură și a energiei particulei, a fost determinat raportul dintre sarcina acesteia și masa. S-a dovedit a fi același ca modul cu cel al electronului. În figura 190 vedeți prima fotografie care a dovedit existența pozitronului. Particula s-a deplasat de jos în sus și, după ce a trecut de placa de plumb, și-a pierdut o parte din energie. Din această cauză, curbura traiectoriei a crescut.

Procesul de creare a unei perechi electron-pozitron de către un cuantic y într-o placă de plumb este vizibil în fotografia prezentată în Figura 191. Într-o cameră cu nori situată într-un câmp magnetic, perechea lasă o urmă caracteristică sub forma unui furca cu doua coarne.

Dispariţie (anihilare) unele particule și apariția altora în timpul reacțiilor dintre elementare

Energia de repaus este cel mai mare și cel mai concentrat rezervor de energie din Univers. Și numai în timpul anihilării este eliberat complet, transformându-se în alte tipuri de energie. Prin urmare, antimateria este cea mai perfectă sursă de energie, cel mai bogat „combustibil” caloric. Este dificil de spus acum dacă umanitatea va putea vreodată să folosească acest „combustibil”.

Orice particulă cu o antiparticulă corespunzătoare se anihilează. Ambele particule dispar, transformându-se în cuante de radiație sau alte particule.

Descoperit relativ recent antiprotonŞi - antineutron. Sarcina electrică a antiprotonului este negativă. Acum este bine cunoscut faptul că nașterea cuplurilor particulă - antiparticulă iar anihilarea lor nu constituie un monopol al electronilor şi pozitronilor.

Se formează atomi ale căror nuclei sunt formați din antinucleoni și învelișul de pozitroni antimaterie.În 1969, a fost obținut pentru prima dată în țara noastră antiheliu.

Răspunsul la întrebarea în curs de desfășurare: care este cea mai mică particulă din Univers care a evoluat odată cu omenirea.

Oamenii au crezut cândva că grăunțele de nisip sunt elementele de bază ale ceea ce vedem în jurul nostru. Atomul a fost apoi descoperit și considerat a fi indivizibil până când a fost divizat pentru a dezvălui protonii, neutronii și electronii din interior. De asemenea, nu s-au dovedit a fi cele mai mici particule din Univers, deoarece oamenii de știință au descoperit că protonii și neutronii constau din trei quarci fiecare.

Până acum, oamenii de știință nu au reușit să vadă nicio dovadă că există ceva în interiorul quarcilor și că s-a atins cel mai fundamental strat de materie sau cea mai mică particulă din Univers.

Și chiar dacă quarcii și electronii sunt indivizibili, oamenii de știință nu știu dacă sunt cele mai mici bucăți de materie existente sau dacă Universul conține obiecte care sunt și mai mici.

Cele mai mici particule din Univers

Ele vin în diferite arome și dimensiuni, unele au conexiuni uimitoare, altele se evaporă în esență între ele, multe dintre ele au nume fantastice: quarci formați din barioni și mezoni, neutroni și protoni, nucleoni, hiperoni, mezoni, barioni, nucleoni, fotoni, etc. .d.

Bosonul Higgs este o particulă atât de importantă pentru știință încât este numită „particulă a lui Dumnezeu”. Se crede că determină masa tuturor celorlalți. Elementul a fost teoretizat pentru prima dată în 1964, când oamenii de știință s-au întrebat de ce unele particule erau mai masive decât altele.

Bosonul Higgs este asociat cu așa-numitul câmp Higgs, despre care se crede că umple Universul. Două elemente (cuantica câmpului Higgs și bosonul Higgs) sunt responsabile pentru a da masa celorlalți. Numit după omul de știință scoțian Peter Higgs. Cu ajutorul zilei de 14 martie 2013 a fost anunțată oficial confirmarea existenței Bosonului Higgs.

Mulți oameni de știință susțin că mecanismul Higgs a rezolvat piesa lipsă a puzzle-ului pentru a completa cea existentă. model standard” fizică care descrie particulele cunoscute.

Bosonul Higgs a determinat în mod fundamental masa a tot ceea ce există în Univers.

Quarci

Quarcii (adică quarcii) sunt blocurile de construcție ale protonilor și neutronilor. Nu sunt niciodată singuri, existând doar în grupuri. Aparent, forța care leagă quarcii împreună crește odată cu distanța, așa că cu cât mergi mai departe, cu atât va fi mai greu să-i separați. Prin urmare, quarcii liberi nu există niciodată în natură.

Quarcii sunt particule fundamentale sunt lipsite de structură, ascuțite aproximativ 10-16 cm în dimensiune.

De exemplu, protonii și neutronii sunt formați din trei quarci, protonii conținând doi quarci identici, în timp ce neutronii au doi diferiți.

Supersimetrie

Se știe că „blocurile” fundamentale ale materiei, fermionii, sunt quarcii și leptonii, iar gardienii forței, bosonii, sunt fotonii și gluonii. Teoria supersimetriei spune că fermionii și bosonii se pot transforma unul în celălalt.

Teoria prezisă afirmă că pentru fiecare particulă pe care o cunoaștem, există una înrudită pe care nu am descoperit-o încă. De exemplu, pentru un electron este un selectron, un quarc este un squark, un foton este un photino, iar un higgs este un higgsino.

De ce nu observăm această supersimetrie în Univers acum? Oamenii de știință cred că sunt mult mai grei decât verii lor obișnuiți și cu cât sunt mai grei, cu atât durata lor de viață este mai scurtă. De fapt, ele încep să se prăbușească de îndată ce apar. Crearea supersimetriei necesită o cantitate foarte mare de energie, care a existat doar la scurt timp după big bangși ar putea fi creat în acceleratoare mari precum Large Hadron Collider.

În ceea ce privește motivul pentru care a apărut simetria, fizicienii teoretizează că este posibil ca simetria să fi fost ruptă într-un sector ascuns al Universului pe care nu-l putem vedea sau atinge, dar îl putem simți doar gravitațional.

Neutrino

Neutrinii sunt particule subatomice ușoare care fluieră peste tot la viteza luminii. De fapt, trilioane de neutrini curg prin corpul tău în orice moment, deși rareori interacționează cu materia normală.

Unele provin de la soare, în timp ce altele din razele cosmice care interacționează cu atmosfera Pământului și surse astronomice, cum ar fi stelele care explodează pe Calea lacteeși alte galaxii îndepărtate.

Antimaterie

Se crede că toate particulele normale au antimaterie cu aceeași masă, dar cu sarcină opusă. Când materia se întâlnește, se distrug reciproc. De exemplu, particula de antimaterie a unui proton este un antiproton, în timp ce partenerul de antimaterie al unui electron se numește pozitron. Antimateria este una dintre cele mai scumpe substanțe din lume pe care oamenii le-au putut identifica.

Gravitoni

În domeniul mecanicii cuantice, toate forțele fundamentale sunt transmise de particule. De exemplu, lumina este formată din particule fără masă numite fotoni, care poartă o forță electromagnetică. De asemenea, gravitonul este o particulă teoretică care poartă forța gravitației. Oamenii de știință nu au detectat încă gravitonii, care sunt greu de găsit, deoarece interacționează atât de slab cu materia.

Fire de energie

În experimente, particulele minuscule, cum ar fi quarcii și electronii, acționează ca puncte unice ale materiei, fără distribuție spațială. Dar obiectele punctuale complică legile fizicii. Din moment ce este imposibil să te apropii la infinit de un punct, din moment ce forte active, poate deveni infinit de mare.

O idee numită teoria superstringurilor ar putea rezolva această problemă. Teoria afirmă că toate particulele, în loc să fie punctiforme, sunt de fapt fire mici de energie. Adică, toate obiectele din lumea noastră constau din fire vibrante și membrane de energie. Nimic nu poate fi infinit aproape de fir, pentru că o parte va fi întotdeauna puțin mai aproape decât cealaltă. Această „lacună” pare să rezolve unele dintre problemele cu infinitul, făcând ideea atractivă pentru fizicieni. Cu toate acestea, oamenii de știință încă nu au dovezi experimentale că teoria corzilor este corectă.

O altă modalitate de a rezolva problema punctului este să spunem că spațiul în sine nu este continuu și neted, ci este de fapt format din pixeli sau granule discrete, uneori numite structură spațiu-timp. În acest caz, cele două particule nu se vor putea apropia una de cealaltă la infinit, deoarece ele trebuie întotdeauna separate printr-o dimensiune minimă a granulelor de spațiu.

Punct de gaură neagră

Un alt candidat pentru titlul de cea mai mică particule din Univers este singularitatea (un singur punct) din centrul unei găuri negre. Găurile negre se formează atunci când materia se condensează într-un spațiu suficient de mic încât să se apuce de gravitație, determinând ca materia să fie trasă în interior, condensându-se în cele din urmă într-un singur punct de densitate infinită. Cel puțin conform legilor actuale ale fizicii.

Dar majoritatea experților nu cred că găurile negre sunt cu adevărat infinit de dense. Ei cred că această infinitate este rezultatul unui conflict intern între două teorii actuale - teorie generală relativitatea și mecanica cuantică. Ei sugerează că atunci când o teorie gravitația cuantică poate fi formulat adevărata natură găurile negre vor fi dezvăluite.

Lungimea Planck

Firele de energie și chiar și cea mai mică particulă din Univers pot avea dimensiunea unei „lungime planck”.

Lungimea barei este de 1,6 x 10 -35 metri (numărul 16 este precedat de 34 de zerouri și un punct zecimal) - o scară de neînțeles, care este asociată cu diverse aspecte ale fizicii.

Lungimea Planck este o „unitate naturală” de măsură a lungimii care a fost propusă de fizicianul german Max Planck.

Lungimea lui Planck este prea scurtă pentru a fi măsurată de orice instrument, dar dincolo de aceasta, se crede că reprezintă limita teoretică a celei mai scurte lungimi măsurabile. Conform principiului incertitudinii, niciun instrument nu ar trebui să poată măsura ceva mai puțin, deoarece în acest interval universul este probabilist și incert.

Această scară este, de asemenea, considerată linia de despărțire dintre relativitatea generală și mecanica cuantică.

Lungimea Planck corespunde distanței la care câmpul gravitațional este atât de puternic încât poate începe să facă găuri negre din energia câmpului.

Aparent acum, cea mai mică particulă din Univers are aproximativ dimensiunea unei scânduri: 1,6 x 10 -35 metri

Concluzii

De la școală se știa că cea mai mică particulă din Univers, electronul, are o sarcină negativă și o masă foarte mică, egală cu 9,109 x 10 - 31 kg, iar raza clasică a electronului este de 2,82 x 10 -15 m.

Cu toate acestea, fizicienii operează deja cu cele mai mici particule din Univers, dimensiunea Planck, care este de aproximativ 1,6 x 10 -35 metri.

mob_info