Элементарные частицы

МИР элементарных частиц

Ученые продолжают поиск ответа на вопрос:

из каких частиц состоит вся материя?

Путь «вглубь материи» не завершен…

Элементарная частица – микрообъект, который невозможно расщепить на составные части

История физики элементарных частиц условно отсчитывается с открытия:

электрон

протон

нейтрон

Первый этап развития физики частиц

• условно завершился к середине 1930-х гг.

• список элементарных частиц был невелик:

• три частицы – электрон, протон, нейтрон – входят в состав всех атомов; фотон (квант электромагнитного поля) участвует во взаимодействии заряженных частиц и процессах излучения и поглощения света
• три частицы – электрон, протон, нейтрон – входят в состав всех атомов;
• фотон (квант электромагнитного поля) участвует во взаимодействии заряженных частиц и процессах излучения и поглощения света

Второй этап развития физики частиц

• Начался после Второй мировой войны с открытия в 1947 г. пи-мезона в космических лучах.
• Начиная с этого года была открыта не одна сотня элементарных частиц.

Третий этап развития физики частиц

• Третий этап развития физики частиц начался в 1962 г., когда М. Гелл-Манн и независимо Дж. Цвейг предложили модель строения сильновзаимодействующих частиц из фундаментальных частиц – кварков.
• Третий этап завершился в 1995 г. открытием последнего из ожидавшихся, шестого кварка.

Частицы и античастицы

• Элементарные частицы существуют в 2 х разновидностях

частица

античастица

Античастицы ( ā) – элементарная частица имеющая (по отношению к частице ) равную массу покоя, одинаковый спин, время жизни и противоположный заряд .

Первая античастица обнаружена в 1932г. американским физиком К.Андерсоном в космическом излучении. Эту античастицу электрона назвали позитроном

• С 1932г. открыто более 400 элементарных частиц.
• Для классификации используют:

• электрический заряд, спин (собственный момент количества движения), время жизни, виды взаимодействия .
• электрический заряд, спин (собственный момент количества движения), время жизни, виды взаимодействия .
• электрический заряд,
• спин (собственный момент количества движения),
• время жизни,
• виды взаимодействия .

Взаимопревращение элементарных частиц

ОСНОВНОЕ СВОЙСТВО ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ 20 ВЕКА ВЫЯСНИЛОСЬ, ЧТО ПРИ СТОЛКНОВЕНИЯХ ЧАСТИЦ ОНИ НЕ «РАСКАЛЫВАЮТСЯ» НА БОЛЕЕ ПРОСТЫЕ ЧАСТИЦЫ, А ВМЕСТО ЭТОГО РОЖДАЮТСЯ НОВЫЕ ЧАСТИЦЫ

Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее античастицей, в результате которой они превращаются в γ-кванты (фотоны) или другие частицы.

е - + е + → 2 γ

Один γ-квант не образуется т.к. одновременно должны быть выполнены законы сохранения импульса и энергии.

Рождение пары – процесс обратный аннигиляции

γ  е - + е +

Открываемые частицы по-прежнему называли элементарными . Но как заметил Ферми, становилось все более очевидным, что понятие «элементарная» относится скорее к уровню наших знаний, чем к истинной природе частицы

Классификация по видам взаимодействия

Элементарные частицы

адроны

лептоны

Адроны – элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии (протоны, нейтроны и еще более сотни вновь открытых частиц)

Лептоны – фундаментальные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии (12 частиц – 6 частиц и 6 античастиц). (электрон, нейтрино …)

Структура адронов

Адроны

барионы- мезоны-

состоят из

3 кварков кварка и антикварка

Кварки

• имеют дробный электрический заряд

u – кварк +2/3 е d – кварк -1/3 е

Протон uud , нейтрон udd

• При увеличении расстояния между ними сила притяжения неограниченно возрастает, при разрыве связи рождаются новые кварки и антикварки, которые могут объединиться в новые адроны.

Характеристики кварков

• Цветовой заряд (цвет):

• красный, зеленый, синий.
• красный, зеленый, синий.
• красный,
• зеленый,
• синий.
• Аромат кварков :

• s - странный, c - очаровательный, b - красивый, t – правдивый
• s - странный,
• c - очаровательный,
• b - красивый,
• t – правдивый

Существуют 6 кварков и 6 антикварков, каждый из которых может иметь три цвета. Свободные кварки не наблюдаемы .

Фундаментальные частицы и фундаментальные взаимодействия

Фундаментальные частицы –

бесструктурные частицы, которые не удалось описать как составляющие. Это

лептоны

кварки

Типы взаимодействия элементарных частиц

Взаимодейст-вие

Взаимодейств-ующие частицы

Сильное

Нуклоны

Электромаг-нитное

Максимальный радиус действия (м)

Слабое

Заряженные частицы

10 -15

Осуществляет-ся через

Глюоны

Кварки

Бесконечность

Гравитацион-ное

Фотоны

10 -18

Все частицы

Бозоны

бесконечность

Гравитоны

Сколько существует частиц – переносчиков взаимодействия?

• Общее число частиц 13 (8 глюонов, фотон, три векторных бозона и гравитон)

ГЛАВНОЕ

• Фундаментальное свойство элементарных частиц – их взаимопревращаемость
• Для всех типов взаимодействия элементарных частиц выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрических зарядов.
• В настоящее время считается, что истинно элементарными частицами являются 6 лептонов и 6 антилептонов.
• Адроны согласно современным представлениям, состоят из кварков (с дробными электрическими зарядами(+2/3е и -1/3е) и антикварков