Слайд 2
АТОМ (по Демокриту) –
простейшая, неделимая далее частица
Из
атомов состоят все тела
Превращения, наблюдаемые в природе, - это
простая перестановка атомов
В мире все течет, все изменяется, только атомы остаются неизменными
Слайд 3
Примеры явлений, поставивших под сомнение неизменность атомов
Электризация тел
Линейчатые
спектры испускания и поглощения атомов
Радиоактивность
Электролиз
Фотоэффект
Термоэлектронная эмиссия
Электрический разряд в газах
Вывод:
атомы обладают сложным внутренним строением и не являются простейшими неразрушимыми и неизменными частицами
Слайд 4
Проблема – найти простые частицы, из которых построены
все атомы
1897 год – открыт электрон (Джозеф Томсон)
начало
1920-х годов – открыт протон (Резерфорд)
1932 год – открыт нейтрон (Джеймс Чедвик)
Слайд 5
Элементарные частицы (от лат. elementarius – первоначальный, простейший,
основной)
Частицы, из которых построены атомы считались неспособными ни к
каким превращения
Элементарными стали считать электроны, протоны и нейтроны
Позже фотоны включили в число элементарных частиц
Было обнаружено, что свободный нейтрон нестабилен и живет в среднем 15 минут
Но нельзя сказать, что нейтрон состоит из этих частиц, они рождаются в момент распада
Слайд 6
Элементарными называют частицы, которые на современном уровне развития
физики нельзя считать соединением других, более «простых» частиц, существующих
в свободном состоянии
Элементарная частица в процессе взаимодействия с другими частицами или полями должна вести себя как единое целое
Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти их взаимные превращения – главный факт их существования
Неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует внутренняя структура
Слайд 7
АНТИЧАСТИЦЫ
В 1928 году Поль Дирак разработал теорию движения
электрона в атоме, учитывающую релятивистские эффекты. Из уравнения получалось,
что у электрона должен быть «двойник» - частица такой же массы, но с положительным элементарным зарядом
В 1932 году К. Андерсон экспериментально обнаружил в космическом излучении позитроны
Слайд 8
АНТИЧАСТИЦЫ
У всех элементарных частиц есть античастицы
Заряженные частицы существуют
парами
В 1955 году обнаружен антипротон
В 1956 году – антинейтрон
Существуют
истинно нейтральные частицы – фотон, пи-нуль-мезон, эта-мезон. Они полностью совпадают со своими античастицами
Слайд 9
АННИГИЛЯЦИЯ
Античастицы оказались способными к особому виду взаимодействия (доказано
на опыте
Ф. Жолио-Кюри в 1933 г.)
Две античастицы
при встрече аннигилируют (от лат nihil – ничто), превращаясь в два, редко в три фотона
Слайд 10
АННИГИЛЯЦИЯ
В том же году супруги Жолио-Кюри обнаружили обратный
процесс – рождение электронно-позитронных пар при прохождении гамма-кванта большой
энергии вблизи атомного ядра
Слайд 11
Проблема №1
Для объяснения существования ядерных сил взаимодействия между
нуклонами в ядре требуется найти материальных носителей ядерного взаимодействия
(согласно теории близкодействия)
Слайд 12
Проблема №2
Количество открытых к настоящему времени элементарных частиц
исчисляется сотнями
Как классифицировать элементарные частицы для выяснения их внутренней
структуры и поиска «настоящих» элементарных частиц?
Слайд 14
Элементарные частицы разделяются на группы по их способностям
к различным видам фундаментальных взаимодействий
1. Гравитационное взаимодействие
описывается законом всемирного
тяготения
действует между любыми телами Вселенной
играет основную роль только для макроскопических тел больших масс
носители – гравитоны?
Слайд 15
2. Электромагнитное взаимодействие
действует между любыми электрически заряженными частицами
и телами, а также фотонами – квантами электромагнитного поля
обеспечивает
возможность существования атомов, молекул; определяет свойства твердых тел, жидкостей, газов и плазмы
вызывает деление тяжелых ядер; излучение и поглощение фотонов веществом
носители - фотоны
Слайд 16
3. Сильное взаимодействие
это взаимодействие между нуклонами и другими
тяжелыми частицами
проявляется на очень коротких расстояниях ~10-15 м
примером является
взаимодействие нуклонов ядерными силами
частицы, способные к этому взаимодействию называются адроны
носители – глюоны и мезоны
Слайд 17
4. Слабое взаимодействие
в нем участвуют любые элементарные частицы,
кроме фотонов
проявляется лишь на очень малых расстояниях ~10-18 м
примером
слабого взаимодействия может служить процесс бета-распада нейтрона, распад заряженного пиона
носители – промежуточные бозоны
Слайд 18
КВАРКИ
Главная идея, высказанная впервые М. Гелл-Манном и Дж.
Цвейгом, состоит в том, что все частицы, участвующие в
сильных взаимодействиях, построены из более фундаментальных частиц – кварков. Кроме лептонов, фотонов и промежуточных бозонов, все уже открытые частицы являются составными.
Кварки в сегодняшней Вселенной существуют только в связанных состояниях - только в составе адронов. Например, протон - uud, нейтрон - udd.
Слайд 19
Кварковый состав элементарных частиц
Все частицы делятся на два
класса:
Фермионы, которые составляют вещество;
Бозоны, через которые осуществляется
взаимодействие.
Фермионы подразделяются на лептоны и кварки.
В настоящее время на роль истинно элементарных частиц претендуют 6 лептонов и 6 кварков
Слайд 20
Резюме
При исследовании атомов и элементарных частиц были обнаружены
явления, совершенно не подчиняющиеся законам классической физики, и это
привело к созданию квантовой физики как физики явлений микромира.
Каково же соотношение между классической и квантовой физикой?
Существуют ли они как две независимые теории или квантовая физика опровергла и отменила классическую?