Елементарні частинки

Проблемні питання

Які частинки ви знаєте?

Які частинки слід вважати елементарними?

Елементарні частинки

Дотепер ми оперували чотирма частинками:

Чи достатньо цих частинок для пояснення всіх спостережуваних явищ в природі?

Елементарні частинки

Хідекі Юкавою (1907-1981)

Для пояснення експериментів з опромінення нейтронами протонів знадобилося припущення про існування мезонів

Елементарні частинки

Вольфґанґ Ернст Паулі (1900-1958)

Дослідження β-розпаду змусили швейцарського фізика Вольфґанґа Ернста Паулі у 1930 р. «винайти» частинку-фантом – нейтрино

Елементарні частинки

Поль Адрієн Дірак (1902-1984)

У 1928 р. розв’язуючи задачу про рух електрона зі швидкістю, наближеною до швидкості світла, висловив ідею про можливості існування в природі античастинки електрона – позитрона

Перша світлина позитрона, який вдалося наочно зафіксувати

Елементарні частинки

Карл Девід Андерсон (1905-1991)

У 1932 р. під час дослідження космічного випромінювання спостерігав слід позитрона в камері Вільсона

Елементарні частинки

Позитрон

Маса позитрона дорівнює масі електрона

Заряд позитрона за модулем дорівнює заряду електрона, але є позитивним

Елементарні частинки

Анігіляція – це взаємодія елементарних частинок і античастинок, внаслідок якої вони перетворюються в інші форми матерії

Елементарна частинка – збірний термін, що стосується мікрооб'єктів в суб'ядерному масштабі, які неможливо розщепити на складові частини

Як здійснити класифікацію елементарних частинок?

Класифікація елементарних частинок

Всі частинки розділили за масою на три групи:

І-група: фотон із нульовою масою

ІІ група: легкі частинки, які були названі лептонами. Відомий представник – електрон

ІІІ група: важкі частинки, які були названі адронами. Представники групи – нуклони (протони, нейтрони)

Класифікація елементарних частинок

До адронів відносять частинки, які здатні до сильної взаємодії. Майже всі адрони є нестабільними. Адрони діляться на мезони й баріони.

В електромагнітній взаємодії беруть участь всі частинки, що мають електричний заряд. Носіями електромагнітної взаємодії є фотони

Також частинки об’єднані в групи відповідно до їхньої здатності до фундаментальних взаємодій:

У слабкій взаємодії беруть участь всі елементарні частинки, окрім фотонів

Класифікація елементарних частинок

Що таке кварки?

Кварки

У 1964 р. незалежно один від одного запропонували теорію кварків для пояснення властивостей адронів, на яких проводили дослідження по розсіюванню дуже швидких електронів

Кварки – елементарні частинки і фундаментальні складові матерії

Кварки об'єднуються в адрони, у тому числі й найбільш стабільні серед них протони і нейтрони

Кварки ніколи не спостерігалися в вільному стані

Кварки можуть бути знайдені тільки в межах адронів, таких як мезони і баріони

Кварки мають різні внутрішні властивості: маса, електричний заряд, кольоровий заряд і спін

Джордж Цвейг (1937 р.)

Маррі Гелл-Манн (1929 р.)

Кварки

Чому кварки об’єднуються в адрони?

Чарівний (charm)

6 сортів («ароматів») кварків

Нижній (down)

Верхній (up)

Дивний (strange)

Красивий (beauty)

Справжній (truth)

Верхній і нижній кварки є найлегшими

Більш важкі кварки швидко перетворюються в верхній і нижній шляхом розпаду

Інші кварки можуть бути отримані при зіткненнях за високих енергій

Глюон (gluon)

Кварки об’єднуються в адрони за допомогою ще одного типу частинок – глюонів

Кварки

Заряд кварків не цілий (в елементарних зарядах), а дробовий

Кожний нуклон складається із трьох кварків:

Яке майбутнє у розвитку фізики елементарних частинок?

Майбутнє

Про відкриття було заявлено у 2012 році після аналізу результатів роботи Великого адронного колайдера

Мрією більшості видатних фізиків було і є створення єдиної теорії – так званої «теорії всього» (можна було б пояснити всі явища у Всесвіті)

Зараз у фізиці елементарних частинок:

Створена Стандартна модель, що об'єднує сильну, слабку та електромагнітні взаємодію елементарних частинок

Відкриття бозона Гіґґса («відповідає» за наявність інертної маси в елементарних частинках) підтверджує Стандартну модель

Бозон Гіґґса передбачений Пітером Хіггсом (народ. 1929 р.) у 1964 році

Майбутнє

Тривимірна карта розподілу темної матерії, побудована за допомогою методу слабкого гравітаційного лінзування в рамках проекту COSMOS

Залишаються не поясненими:

природа темної матерії

походження високоенергетичних космічних частинок

Наука чекає на нові відкриття!

Запитання для фронтального опитування

1. Що називають елементарною частинкою?

2. Яку частинку називають позитроном?

Чим вона відрізняється від електрона?

3. Хто першим предбачив і хто першим спостерігав цю частинку?

Запитання для фронтального опитування

4. Які частинки називають лептонами?

5. Які частинки називають адронами?

6. Що таке кварки? Які заряди мають кварки? Назвіть засновників теорії кварків.

Домашнє завдання

Опрацювати § 43

Виконати тестування