в чем различие трех этапов развития физики элементарных частиц
Три этапа развития физики элементарных частиц.
неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя.
В понятии «Элементарные частицы» в современной физике находит
выражение идея о первообразных сущностях, определяющих все
наблюдаемые свойства материального мира, идея, зародившаяся на ранних
этапах становления естествознания и всегда игравшая важную роль в его
Этап первый. От электрона до позитрона: 1897—1932 гг.
(Элементарные частицы — «атомы Демокрита» на более глубоком уровне).
Когда греческий ученый Демокрит назвал простейшие нерасчленимые
далее частицы атомами (слово атом, напомним, означает «неделимый»), то
ему, вероятно, все представлялось в принципе не очень сложным. Различные
предметы, растения, животные состоят из неделимых, неизменных частиц.
Превращения, наблюдаемые в мире, — это простая перестановка атомов. Все
в мире течет, все изменяется, кроме самих атомов, которые остаются
Но в конце XIX века ученые смогли открыть и доказать сложное строение атома. Как составная часть атома был выделен электрон.
В XX веке были открыты протон и нейтрон — частицы, входящие в состав атомного ядра.
Изначально эти частицы считали абсолютно неделимыми и неизменными первоначальными сущностями, основными кирпичиками мироздания.
Данное мнение просуществовало недолго.
Этап второй. От позитрона до кварков: 1932—1964 гг. (Все элементарные частицы превращаются друг в друга).
Как выяснилось, неизменных частиц нет совсем. Ни одна из частиц не
бессмертна. Большинство частиц, называемых сейчас элементарными, не
может прожить более двух миллионных долей секунды, даже в отсутствие
какого-либо воздействия извне. Свободный нейтрон (нейтрон, находящийся
вне атомного ядра) живет в среднем 15 мин.
Если вести речь о фотоне, электроне, протоне и нейтрино, то эти
частицы могут сохранять свою неизменность, но для этого необходимо одно
условие: каждая из них должна быть одна в целом мире. Но и это, невозможно.
Еще один случай на примере фотона. Продолжительность жизни фотона
страницы книги и поглотиться бумагой.
Лишь нейтрино почти бессмертны, так как они чрезвычайно слабо
взаимодействуют с другими частицами. Однако и нейтрино гибнут при
столкновении с другими частицами, хотя такие столкновения случаются
В результате проведенных опытов были получены разные результаты, и
ученые пришли к выводу, что все элементарные частицы имеют способность
видоизменяться, превращаться друг в друга. Представления о неизменности
элементарных частиц оказались несостоятельными. Но идея об их неразложимости сохранилась. Элементарные частицы уже далее неделимы, но они неисчерпаемы по своим свойствам. Вот что заставляет так думать.
Разумеется, по электрону нельзя ударить молотком. Для этого можно
воспользоваться другим электроном, летящим с огромной скоростью, или
какой-либо иной движущейся с большой скоростью элементарной частицей.
Современные ускорители сообщают заряженным частицам скорости, очень близкие к скорости света.
Что же происходит при столкновении частиц сверхвысокой энергии?
Вы видите фотографию, сделанную во время столкновения ядра углерода с ядром атома серебра. При столкновении ядро углерода имело энергию порядка 60 млрд электрон Вольт. На фотографии ядро представлено жирной линией вверху.
Хорошо видно, что ядро раскалывается на части, которые движутся в
противоположных направлениях. Так же в момент столкновения образуются
новые элементарные частицы. Эти частицы называются пионы.
Подобные реакции при столкновениях релятивистских ядер, полученных
в ускорителе, впервые в мире осуществлены в лаборатории высоких энергий
Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне под
руководством академика А. М. Балдина. Лишенные электронной оболочки
ядра были получены путем ионизации атомов углерода лазерным лучом.
По современным представлениям, элементарные частицы — это
первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя.
Но неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует
Этап третий. От гипотезы о кварках (1964 г.) до наших дней. (Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру).
В начале 60-х годов ученые поставили под сомнение тот факт, что все
ранее изученные частицы, называемые сейчас элементарными, полностью
оправдывают это название. Основание для сомнений простое: этих частиц
В этот период была открыта группа так называемых «странных» частиц:
К-мезонов и гиперонов с массами, превышающими массу нуклонов. В 70-е гг.
к ним прибавилась большая группа частиц с еще большими массами,
В результате (в 1964 г.) М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, — адроны — построены из более фундаментальных (или первичных) частиц — кварков. Кварки имеют дробный электрический заряд.
Была выдвинута и доказана теория о том, что частицы в ядре, протоны и
нейтроны, состоят из трех кварков. В настоящее время в реальности кварков
никто не сомневается, хотя в свободном состоянии они не обнаружены.
Число различных кварков равно шести.
В настоящее время рассматриваются как элементарные частицы, не
имеющие внутренней структуры, т.е. являются точечными или
Их тоже шесть, как и кварков (электрон, три вида нейтрино и еще две
частицы — мюон и тау-лептон с массами, значительно большими массы
Кварки и лептоны — истинно элементарные частицы.
В чем различие трех этапов развития физики элементарных частиц
Этап 1 (1897-1932 гг.)
1869 г. – открыт Периодический закон (Д.И. Менделеев).
1874 г. – введено понятие электрона при изучении явлений электролиза (Дж.Стоней).
1895 г. – открыты рентгеновские лучи (В.К. Рентген), γ-кванты, фотоны
1896 г. – открыта радиоактивность, т.е. сильные и слабые ядерные процессы (А.А. Беккерель), положено начало систематических исследований в этой области
1897 г. – открыт электрон, измерено отношение массы электрона к заряду (Д.Д.Томсон)
1911 г. – открыто атомное ядро в опытах по рассеянию α-частиц на тонких фольгах (Э. Резерфорд) и рассеяние в Кулоновском потенциале
1914 г. – обнаружены первые признаки существования нейтрино при измерении β-спектров (Дж.Чедвик)
1919 г. – введен термин «протон» (Э. Резерфорд) для ядра атома водорода
1930 г. – предложена гипотеза (В. Паули) о существовании маленького нейтрона – нейтрино; обнаружено нейтрино только в 1955 г. в опытах на реакторе (Ф. Райнес и К. Коуэн)
1930 г. – выдвинута гипотеза о существовании позитрона (П.А.М. Дирак)
Итоги первого этапа: корпускулярно-волновой дуализм, модель атома Бора, уровневая структура спектров, квантовая механика.
На первом этапе теоретическая физика вышла за рамки классических представлений, а экспериментальная физика совершила огромный скачок от частных лабораторий к крупным научно-исследовательским проектам.
10-23 с
1955 г. – открыт антипротон (О. Чемберлен и Э. Сегре)
1956 г. – открыт антинейтрон (Б. Корк, У. Венцель, Г. Ламбертсон, О. Пиччиони)
Развитие квантово-полевых представлений на протяжении двух этапов:
1905 г. — создана теория относительности (А. Эйнштейн), с = const = 299792458 м/с
1924-1927 гг. — сформулирована квантовая механика (Н. Бор, Л. Де-Бройль), ћ = const = 6.582·10-22 МэВ·с
1928 г. — начато построение релятивистской квантовой электродинамики
(В. Гайзенберг, Н. Бор, Э. Шредингер)
1929 г. — сформулирована квантовая электродинамика (П.А.М. Дирак)
1933 г. — предложена теория сильного взаимодействия (Х. Юкава, И.Е. Тамм)
1934 г. — предложена квантовая теория β-распада (Э.Ферми)
1954 г. — создана теория калибровочных полей Янга-Миллса, в которой установлена связь симметрии с динамикой
Промежуточные итоги третьего этапа: теория электрослабых взаимодействий, квантовая хромодинамика, стандартная модель.
В экспериментальной физике: международные проекты (ускорители частиц, космические аппараты для исследований глубокого космоса).
В чем различие трех этапов развития физики элементарных частиц
Здесь речь пойдет о частицах, которые нельзя разделить и из которых построена вся материя.
Что же такое элементарная частица?
Этап первый. От электрона до позитрона: 1897—1932 гг.
Когда греческий физик Демокрит назвал простейшие нерасчленимые далее частицы атомами (слово атом, напомним, означает «неделимый»), то ему, вероятно, все представлялось в принципе не очень сложным.
Различные предметы, растения, животные состоят из неделимых, неизменных частиц.
Превращения, наблюдаемые в мире, — это простая перестановка атомов.
Все в мире течет, все изменяется, кроме самих атомов, которые остаются неизменными.
Но в конце XIX в. было открыто сложное строение атомов и был выделен электрон как составная часть атома.
Затем, уже в XX в., были открыты протон и нейтрон — частицы, входящие в состав атомного ядра.
Поначалу на все эти частицы смотрели точно так, как Демокрит смотрел на атомы: их считали неделимыми и неизменными первоначальными сущностями, основными кирпичиками мироздания.
Этап второй. От позитрона до кварков: 1932—1964 гг.
Все элементарные частицы превращаются друг в друга.
Ситуация привлекательной ясности длилась недолго.
Все оказалось намного сложнее: как выяснилось, неизменных частиц нет совсем.
В самом слове элементарная заключается двоякий смысл.
С одной стороны, элементарный — это само собой разумеющийся, простейший.
С другой стороны, под элементарным понимается нечто фундаментальное, лежащее в основе вещей.
Именно в этом смысле сейчас и называют субатомные частицы элементарными).
Считать известные сейчас элементарные частицы подобными неизменным атомам Демокрита мешает следующий простой факт.
Ни одна из частиц не бессмертна.
Большинство частиц, называемых сейчас элементарными, не может прожить более двух миллионных долей секунды, даже в отсутствие какого-либо воздействия извне.
Свободный нейтрон (нейтрон, находящийся вне атомного ядра) живет в среднем 15 мин.
Лишь частицы фотон, электрон, протон и нейтрино сохраняли бы свою неизменность, если бы каждая из них была одна в целом мире (нейтрино лишено электрического заряда, и его масса покоя, по-видимому, равна нулю).
Но у электронов и протонов имеются опаснейшие собратья — позитроны и антипротоны, при столкновении с которыми происходит взаимное уничтожение этих частиц и образование новых.
Лишь нейтрино почти бессмертны, так как они чрезвычайно слабо взаимодействуют с другими частицами.
Однако и нейтрино гибнут при столкновении с другими частицами, хотя такие столкновения случаются крайне редко.
Итак, в вечном стремлении к отысканию неизменного в нашем изменчивом мире ученые оказались не на «гранитном основании», а на «зыбком песке».
Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения — главный факт их существования.
Превращения элементарных частиц ученые наблюдали при столкновениях частиц высоких энергий.
Представления о неизменности элементарных частиц оказались несостоятельными.
Но идея об их неразложимости сохранилась.
Элементарные частицы уже далее неделимы, но они неисчерпаемы по своим свойствам.
Вот что заставляет так думать.
Разумеется, по электрону нельзя ударить молотком.
Для этого можно воспользоваться другим электроном, летящим с огромной скоростью, или какой-либо иной движущейся с большой скоростью элементарной частицей.
Современные ускорители сообщают заряженным частицам скорости, очень близкие к скорости света.
На рисунке виден результат столкновения ядра углерода, имевшего энергию 60 млрд эВ (жирная верхняя линия), с ядром серебра фотоэмульсии.
Ядро раскалывается на осколки, разлетающиеся в разные стороны.
Одновременно рождается много новых элементарных частиц — пионов.
Подобные реакции при столкновениях релятивистских ядер, полученных в ускорителе, впервые в мире осуществлены в лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне под руководством академика А. М. Балдина.
Лишенные электронной оболочки ядра были получены путем ионизации атомов углерода лазерным лучом.
Возможно, конечно, что при столкновениях частиц с недоступной пока нам энергией будут рождаться и какие-то новые, еще неизвестные частицы.
Но сути дела это не изменит.
Рождаемые при столкновениях новые частицы никак нельзя рассматривать как составные части частиц-«родителей».
Ведь «дочерние» частицы, если их ускорить, могут, не изменив своей природы, породить, в свою очередь, при столкновениях сразу несколько таких же в точности частиц, какими были их «родители», да еще и множество других частиц.
Итак, по современным представлениям, элементарные частицы — это первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя.
Однако неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует внутренняя структура.
Этап третий. От гипотезы о кварках (1964 г.) до наших дней.
Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру.
В 60-е гг. возникли сомнения в том, что все частицы, называемые сейчас элементарными, полностью оправдывают это название.
Основание для сомнений простое: этих частиц очень много.
Открытие новой элементарной частицы всегда составляло и сейчас составляет выдающийся триумф науки.
Но уже довольно давно к каждому очередному триумфу начала примешиваться доля беспокойства.
Триумфы стали следовать буквально друг за другом.
Была открыта группа так называемых странных частиц: K-мезонов и гиперонов с массами, превышающими массу нуклонов.
В 70-е гг. к ним прибавилась большая группа частиц с еще большими массами, названных очарованными.
Кроме того, были открыты короткоживущие частицы с временем жизни порядка 10-22—10-23 с.
Эти частицы были названы резонансами, и их число перевалило за двести.
Вот тогда-то (в 1964 г.) М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, — адроны — построены из более фундаментальных (или первичных) частиц — кварков.
Кварки имеют дробный электрический заряд 
и 
Протоны и нейтроны состоят из трех кварков.
В настоящее время в реальности кварков никто не сомневается, хотя в свободном состоянии они не обнаружены и, вероятно, не будут обнаружены никогда.
Существование кварков доказывают опыты по рассеянию электронов очень высокой энергии на протонах и нейтронах.
Число различных кварков равно шести.
Кварки, насколько сейчас известно, лишены внутренней структуры и в этом смысле могут считаться истинно элементарными.
Легкие частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, называются лептонами.
Их тоже шесть, как и кварков (электрон, три вида нейтрино и еще две частицы — мюон и тау-лептон с массами, значительно большими массы электрона).
Кварки и лептоны — истинно элементарные частицы.
Решебник по физике за 11 класс Мякишев: вопросы к параграфам 59-125
Вопрос 115.
1. В чем различие трех этапов развития физики элементарных частиц?
2. Электрон — самая легкая из заряженных частиц, какой из известных вам законов сохранения запрещает превращение электрона в фотоны или нейтрино?
3. Перечислите все стабильные элементарные частицы.
4. Какова частота У-квантов, возникающих при аннигиляции медленно движущихся электронная и позитрона?
5. Можно ли в пузырьковой камере наблюдать трек заряженной частицы с временем жизни
1. На первом этапе, выясняя, из чего состоит материя, было определено, что она состоит из атомов. Затем оказалось, что атом имеет сложное строение. Найденные частицы, из которых состоит атом, электрон, протон и нейтрон, считались неделимыми — кирпичиками мироздания. На втором этапе выяснилось, что неизменных частиц не существует, основное свойство элементарных частиц — взаимопревращаемость.
На третьем этапе была создана теория кварков. Число кварков равно шести. Экспериментально кварки не обнаружены. На первых двух этапах основную роль играл эксперимент. На третьем этапе была предложена модель структуры элементарных частиц.
2. Фотон и нейтрино не имеют заряда, поэтому данное превращение запрещено законом сохранения заряда в замкнутой системе.
3. Стабильными частицами являются электрон, протон, фотон, и нейтрино.
4. Частоту У-кванта можно найти из закона сохранения энергии: сумма энергий покоя электрона и позитрона равна энергии У-кванта.
5. Частицы, время жизни которых порядка
с,
называются резонансами. Время их жизни настолько мало, что они не успевают пройти достаточное расстояние, чтобы их обнаружить до того, как они распадутся. Однако удается зафиксировать продукты их распада.
6. Кварки истинно элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Кварки имеют заряд, равный 1/3 и 2/3 заряда электрона. В настоящее время фундаментальными частицами, из которых состоит материя, считаются кварки и лептоны.
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»
или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved.ru
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»
3 этапа развития физики элементарных частиц
3 этапа развития физики элементарных частиц
Просмотр содержимого документа
«3 этапа развития физики элементарных частиц»
Элементарные частицы — первичные, неразложимые частицы, из которых состоит вся материя.
От электрона до позитрона: 1897–1932 гг.
Элементарные частицы — «атомы Демокрита» на более глубоком уровне.
В конце XIX века учёные смогли открыть и доказать сложное строение атома. Как составная часть атома был выделен электрон.
В XX веке были открыты протон и нейтрон — частицы, входящие в состав атомного ядра.
От позитрона до кварков: 1932–1964 гг.
Все элементарные частицы превращаются друг в друга.
Неизменных частиц нет.
Большинство частиц не может прожить более двух миллионных долей секунды.
Свободный нейтрон живёт в среднем 15 мин.
Alberto Peruzzo/Peter Shadbolt/Nicolas Brunner/Jamie Simmonds
Все элементарные частицы имеют способность видоизменяться, превращаться друг в друга.
Энергия ядра углерода при столкновении — 60 млрд электрон Вольт ( E =60 млрд эВ ).
Ядро раскалывается на части, которые движутся в противоположных направлениях.
От гипотезы о кварках (1964 г.) до наших дней
Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру.
В 60–е гг. была открыта группа «странных» частиц: К–мезонов и гиперонов с массами, превышающими массу нуклонов.
В 1964 году М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных (ядерных) взаимодействиях, — адроны — построены из более фундаментальных частиц — кварков.
Кварки имеют дробный электрический заряд
Лептоны рассматриваются как элементарные частицы, не имеющие внутренней структуры.
Кварки и лептоны — истинно элементарные частицы.