1 of 28

Елементарні частинки.

Тема уроку:

Кварки. Космічне випромінювання. Методи реєстрації елементарних частинок.

2 of 28

Скільки елементів в таблиці Менделєєва?

  • В таблиці Менделєєва 92 елементи!
  • Усі інші - штучно отримані, вони в природі не зустрічаються.
  • 92 атоми. З них можна скласти молекули різних речовин!
  • Те, що всі речовини складаються з атомів, стверджував ще Демокріт за 400 років до нашої ери.
  • Демокріт був великим ученим і великим мандрівником.
  • Улюблений вислів Демокріта: �

"Не існує нічого, окрім атомів і чистого простору, усе інше - лише уява"

3 of 28

Дата

Прізвище вченого

Відкриття (гіпотеза)

400 р. до н.е.

Демокріт

Атом

Початок XX ст.

Томсон

Електрон

1910 р.

Е. Резерфорд

Протон

1928 р.

Дірак та Андерсон

Відкриття позитрона

1928 р.

А. Ейнштейн

Фотон

1929 р.

П. Дірак

Предбачення існування античастинок

1931 р

Паулі

Відкриття нейтрино та антинейтрино

1932 р.

Дж. Чедвік

Нейтрон

1932 р.

​

античастинка - позитрон е+

1930 р.

В. Паулі

Предбачення існування нейтрино n

1935 р.

Юкава

Відкриття мезона

Античастинка - частка, що має ту ж масу і спін, але протилежні значення зарядів усіх типів

Хронологія фізики часток

Для будь-якої елементарної частки є своя античастинка

4 of 28

Дата

Відкриття (гіпотеза)

​

Другий етап

1947 р.

Предбачення існування π-мезона в космічних променях

До початку 1960-х рр.

Було відкрито декілька сот елементарних частинок, з масами від 140 МеВ до 2 ГеВ.

Ці частки були нестабільними, тобто розпадалися на частинки з меншими масами, перетворюючись на стабільні протон, електрон, фотон і нейтрино та їх античастинки

Елементарні частки складаються з фундаментальних елементарних частинок

​

Хронологія фізики часток

5 of 28

Дата

Прізвище вченого

Відкриття (гіпотеза)

​

Третій етап

1962 р.

М. Гелл-Манн та незалкжно від нього

Дж. Цвейг

Запропонували модель будови сильно взаємодіючих частинок з фундаментальних частинок - кварків

1995 р.

​

Відкриття останнього з тих, що очікувався, шостого кварка

Ця модель перетворилася на теорію усіх відомих типів взаємодій часток.

Хронологія фізики часток

6 of 28

Як виявити елементарну частку?

  • Зазвичай вивчають і аналізують сліди(траєкторії або треки), залишені частинками, на фотографіях.

7 of 28

Класифікація елементарних частинок

Всі частинки ділять на два класи:

  1. Ферміони- входять до складу речовини;
  2. Бозони, через них здійснюється взаємодія..

8 of 28

Класифікація елементарних частинок

  • Ферміони поділяються на
  • лептони
  • кварки.

Кварки беруть участь в сильних взаємодіях, а також в слабких і в електромагнітних.

9 of 28

Кварки

  • Гелл-Манн и Георг Цвейг запропонували кваркову модель, за що в 1969 році отримали Нобелівську премію

​

 Гелл-Манн.

10 of 28

Спін

  • Спін демонструє, що існуює стан, не пов'язаний з переміщенням частки в звичайному просторі;
  • Спін(від англ. to spin - крутитися) часто порівнюють з кутовим моментом дзиги", що "швидко обертається, - це невірно!
  • Спін є внутрішньою квантовою характеристикою частинки.
  • Спін не має аналога в класичній механіці;

Спін - власний момент імпульсу елементарних часток;

спін має квантову природу і не пов'язаний з переміщенням частки як цілого.

11 of 28

Кварки

  • Заряди кварків є дробовими - від -1/3e до +2/3e (e - заряд електрона).
  • Кварки існують лише в зв’язаних станах - в складі адронів.
  • Наприклад: протон - uud, нейтрон - udd.

​

​

12 of 28

Чотири види фізичних взаємодій

  • гравітаційні,
  • електромагнітні,
  • слабкі, 
  • сильні.

Слабка взаємодія - змінює внутрішню природу частинок. �Сильні взаємодії - обумовлюють ядерні реакції, а також виникнення сил, що зв'язують нейтрони і протони в ядрах.

Ядерні

Механізм взаємодії:

за рахунок обміну частинками, які переносять взаємодії.

13 of 28

  • Електромагнітну взаємодію переносить фотон.
  • Гравітаційну взаємодію переносять кванти поля тяжіння - гравітони.
  • Слабку взаємодію переносять векторні бозони.
  • Сильну взаємодію переносять глюони (від англійського слова glue - клей), із масою спокою рівною нулю.

Фотони і гравітони не мають маси спокою; рухаються зі швидкістю світла.

Чотири види фізичних взаємодій

Взаимодія

Радіус дії

Конст. взаємодію.

Гравітаційна

Нескінченно велика

6.10-39

Електромагнітна

Нескінченно велика

1/137

Слабка

Не превищує 10-16 см

10-14

Сильна

Не превищує 10-13 см

1

14 of 28

Властивість кварків

Кваркові супермультиплети

(тріада <u,d,s> и антитріада <u,d,s>)

15 of 28

Властивість кварків: колір

  • Кварки мають властивість, що називається колірний заряд.
  • три види колірного заряду:
  • синій,
  • зелений
  • чрвоний.
  • Кожен має доповнення в вигляді антикольору —антисиній, антизелений, античервоний.

16 of 28

Властивість кварків: маса

  • Кварки мають два типи мас:
  • маса токового кварка
  • структурна маса.

17 of 28

Властивість кварків: аромат

  • Кажен аромат (вид) кварка характеризується такими квантовими числами:
  • ізоспін Iz,
  • дивність S,
  • чарівність C,
  • привабливість (боттомність, краса) B′,
  • істинність (топність) T.

18 of 28

Властивість кварків: аромат

Символ

Назва

Заряд

Масса

Укр.

англ.

Перше покоління

d

нижній

down

−1/3

~ 5 МэВ/c²

u

верхній

up

+2/3

~ 3 МэВ/c²

Друге покоління

s

дивний

strange

−1/3

95 ± 25 МэВ/c²

c

првабливий

charm (charmed)

+2/3

1,8 ГэВ/c²

Третє покоління

b

чарівний

beauty (bottom)

−1/3

4,5 ГэВ/c²

t

істинний

truth (top)

+2/3

171 ГэВ/c²

19 of 28

20 of 28

Характеристика

Тип кварка

 

d

u

s

c

b

t

Електричений заряд Q

-1/3

+2/3

-1/3

+2/3

-1/3

+2/3

Баріонне число B

1/3

1/3

1/3

1/3

1/3

1/3

Спін J

1/2

1/2

1/2

1/2

1/2

1/2

Парність P

+1

+1

+1

+1

+1

+1

Ізоспін I

1/2

1/2

0

0

0

0

Проєкція ізоспіну I3

-1/2

+1/2

0

0

0

0

Странність s

0

0

-1

0

0

0

Charm c

0

0

0

+1

0

0

Bottomness b

0

0

0

0

-1

0

Topness t

0

0

0

0

0

+1

Маса в складі адрона, ГеВ

0.31

0.31

0.51

1.8

5

180

Маса «вільного" кварка, ГеВ

~0.006

~0.003

0.08-0.15

1.1-1.4

4.1-4.9

174+5

Характеристики кварків

21 of 28

22 of 28

23 of 28

24 of 28

25 of 28

26 of 28

27 of 28

28 of 28