|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА 1. Какие частицы следует считать элементарными? До сих пор мы оперировали в основном четырьмя частицами: электрон, протон, нейтрон и фотон. Но для объяснения экспериментов с облучением нейтронами протонов понадобилось предположение о существовании мезонов. Эту частичку «придумал» японский физик Х. Юкава. Исследование β-распада вынудили. Паули «найти» частицу-фантом - нейтрино. в 1928 году английский физик Поль Дирак, решая задачу о движении электрона со скоростью, приближенной к скорости света, высказал идею о возможности существования в природе античастинки электрона - позитрона. Элементарные частицы, в точном значении этого термина,- это первичные, далее нераскладные частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. Как заметил итальянский физик Энрико Ферми, понятие «элементарный» касается скорее уровня наших знаний, чем природы частиц. По мере того как развивалась наука, много элементарных частиц переходили в разряд неелементарних. Элементарные частицы современной физики не удовлетворяют строгому определению элементарности, поскольку большинство из них, по современным представлениям, являются составными системами. Общее свойство этих систем заключается в том, что они не являются атомами или ядрами (исключение составляет протон). Поэтому иногда их называют суб'ядерними частицами. 2. Классификация элементарных частиц Когда число известных элементарных частиц достигло нескольких сотен, возникла необходимость создать классификацию частиц. Прежде всего, все частицы разделили по массе. По аналогии с Периодической системой химических элементов все элементарные частицы были разбиты на три группы. В первой группе оказалась только одна частица - фотон с нулевой массой. Во вторую группу вошли относительно легкие частицы, которые были названы лептонами. Третья группа частиц - самых тяжелых - получила название адронов. Дальнейшие исследования показали, что частицы объединены в группы не только из-за различия в их массах, но и согласно их способности к фундаментальных взаимодействий. В электромагнитном взаимодействии участвуют все частицы, имеющие электрический заряд. Носителями электромагнитного взаимодействия являются фотоны. В слабом взаимодействии участвуют все элементарные частицы, кроме фотонов. К адронов относят частицы, которые способны к сильному взаимодействию. Адронов больше, чем лептонов, но почти все адроны являются нестабильными. Адроны делятся на мезоны и барионы. 3. Кварки Согласно теории американских физиков Гелл-Манна и Цвейга, все адроны состоят из кварков, а также антикварків. В опытах по изучению рассеяния очень быстрых электронов на протонах и нейтронах было выяснено, что большая часть электронов проходит сквозь протоны и нейтроны, не несущие существенных отклонений, а незначительная их часть сильно рассеивается на каких-то центрах. Этот результат похож на результат опытов Резерфорда по рассеянию Кварками ученые назвали три «действительно» элементарные частицы, из которых строятся все адроны. Чтобы объяснить свойства адронов, пришлось предположить существование шести разных кварков, которые обозначают u, d, s, c, b, t. Все известные барионы можно «сконструировать», объединив три кварки разных цветов, а все известные мезоны - объединив один кварк и один антикварк. Кварковую теорию считают доказанной экспериментально. Все способы получить свободные кварки оказались неудачными. Теория объясняет это тем, что для освобождения кварка необходима огромная энергия. Если бомбардировать адроны все более быстрыми частицами, то энергия будет затрачуватися на рождение новых пар «кварк-антикварк», а освобождение отдельных кварков не будет происходить. Согласно современным представлениям, именно шесть кварков и шесть лептонов являются наименьшими «кирпичиками» вещества. Как видим, природа имеет довольно разнообразные «кирпичики». Остается еще очень много вопросов к природе. Одно из них: чем объяснить спектр масс элементарных частиц? Поиск общих закономерностей продолжается... ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. Означает ли распад частицы на две (или большее количества другие частицы), что она состояла из нескольких частиц? 2. Какие частицы участвуют в сильных взаимодействиях? 3. Взаимодействие характеризует процессы, происходящие с лептонами? Второй уровень 1. Какие элементарные частицы называют стабильными? Назовите стабильные частицы. 2. Какие фундаментальные физические законы разрешают (или запрещают) те или иные превращения элементарных частиц? ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 1. И атом Водорода, и нейтрон могут распадаться на протон и электрон. Почему же атом Водорода не считают элементарной частицей, а нейтрон причисляют к ним? 2. Во время распада свободного нейтрона протон рождаются другие частицы. Почему же распад свободного протона с образованием нейтрона невозможен? 2). Учимся решать задачи 1. Может ли свободный электрон поглотить фотон? Решения. Не может, поскольку за такого процесса не могут одновременно выполняться законы сохранения импульса и энергии. Чтобы убедиться в этом, проще всего перейти в систему отсчета, в которой электрон после поглощения фотона будет находиться в состоянии покоя. В этой системе отсчета получается, что начальная кинетическая энергия электрона и энергия фотона просто «исчезли». 2. Нарисуйте схемы атомов Гелия и Антигелію, укажите, из каких элементарных частиц они состоят. 3. Может ли один γ-квант в вакууме превратиться в пару электрон-позитрон? ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ • Элементарные частицы делятся на следующие группы: фотон, лептоны; адроны. К адронов относятся частицы, способные к сильной взаимодействия, к лептонов - частицы, не способные к сильной взаимодействия. • Известны такие виды фундаментальных взаимодействий: - гравитационная (ее носители - гипотетические частицы гравитоны); - электромагнитная (ее носители - фотоны); - сильная (ее носители - глюоны); - слабая (ее носители - бозоны). Домашнее задание 1. Подр-1: § 59; подр-2: § 29 (п. 3) 2. Сб.: Рів1 № 18.3; 18.4; 18.13; 18.15. Рів2 № 18.16; 18.20; 18.21; 18.23. Рів3 № 18.26; 18.27; 18.28; 18.29.
|
|
-частиц. Для объяснения таких свойств адронов в 1964 году была разработана модель, которая получила название теория кварков.