Слайд 2АТОМ (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 3Примеры 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 4Проблема – 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 5Элементарные 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 6Элементарными 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 7АНТИЧАСТИЦЫ
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 8АНТИЧАСТИЦЫ
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 9АННИГИЛЯЦИЯ
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 10АННИГИЛЯЦИЯ
В том же году супруги Жолио-Кюри обнаружили обратный процесс –
рождение электронно-позитронных пар при прохождении гамма-кванта большой энергии вблизи атомного
ядра
Слайд 11Проблема №1
Для объяснения существования ядерных сил взаимодействия между нуклонами в
ядре требуется найти материальных носителей ядерного взаимодействия (согласно теории близкодействия)
Слайд 12Проблема №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 14Элементарные 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 152. 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 163. 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 174. 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 18КВАРКИ
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 19Кварковый 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 20Резюме
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?
Слайд 21Резюме
Не произошло ни первого, ни второго. Законы квантовой физики оказались
универсальными законами, применимыми не только к системам из элементарных частиц,
но и к любым телам макромира.
В согласии с принципом соответствия классическая физика оказалась частным случаем квантовой физики, применимым лишь в ограниченной области расстояний и размеров тел макромира.