Οι φυσικοί ανακάλυψαν την ύπαρξη στοιχειωδών σωματιδίων όταν μελετούσαν τις πυρηνικές διεργασίες, έτσι μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων ήταν κλάδος της πυρηνικής φυσικής. Επί του παρόντος, η φυσική στοιχειωδών σωματιδίων και η πυρηνική φυσική είναι στενοί αλλά ανεξάρτητοι κλάδοι της φυσικής, που ενώνονται από την κοινότητα πολλών προβλημάτων που εξετάζονται και τις ερευνητικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται. Το κύριο καθήκον της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων είναι η μελέτη της φύσης, των ιδιοτήτων και των αμοιβαίων μετασχηματισμών των στοιχειωδών σωματιδίων.
Η ιδέα ότι ο κόσμος αποτελείται από θεμελιώδη σωματίδια έχει μακρά ιστορία. Για πρώτη φορά, η ιδέα της ύπαρξης των μικρότερων αόρατων σωματιδίων που αποτελούν όλα τα γύρω αντικείμενα εκφράστηκε 400 χρόνια π.Χ. από τον Έλληνα φιλόσοφο Δημόκριτο. Ονόμασε αυτά τα σωματίδια άτομα, δηλαδή αδιαίρετα σωματίδια. Η επιστήμη άρχισε να χρησιμοποιεί την ιδέα των ατόμων μόνο στις αρχές του 19ου αιώνα, όταν σε αυτή τη βάση ήταν δυνατό να εξηγηθούν ορισμένα χημικά φαινόμενα. Στη δεκαετία του '30 του 19ου αιώνα, στη θεωρία της ηλεκτρόλυσης που ανέπτυξε ο M. Faraday, εμφανίστηκε η έννοια του ιόντος και μετρήθηκε το στοιχειώδες φορτίο. Το τέλος του 19ου αιώνα σημαδεύτηκε από την ανακάλυψη του φαινομένου της ραδιενέργειας (A. Becquerel, 1896), καθώς και από τις ανακαλύψεις των ηλεκτρονίων (J. Thomson, 1897) και των σωματιδίων άλφα (E. Rutherford, 1899). Το 1905, η ιδέα των κβαντών ηλεκτρομαγνητικού πεδίου - φωτονίων (Α. Αϊνστάιν) προέκυψε στη φυσική.
Το 1911 ανακαλύφθηκε ο ατομικός πυρήνας (E. Rutherford) και τελικά αποδείχθηκε ότι τα άτομα έχουν πολύπλοκη δομή. Το 1919, ο Rutherford ανακάλυψε πρωτόνια στα προϊόντα σχάσης των ατομικών πυρήνων ενός αριθμού στοιχείων. Το 1932, ο J. Chadwick ανακάλυψε το νετρόνιο. Έγινε σαφές ότι οι πυρήνες των ατόμων, όπως και τα ίδια τα άτομα, έχουν πολύπλοκη δομή. Προέκυψε η θεωρία πρωτονίων-νετρονίων για τη δομή των πυρήνων (D. D. Ivanenko και V. Heisenberg). Το ίδιο 1932 ανακαλύφθηκε ένα ποζιτρόνιο στις κοσμικές ακτίνες (Κ. Άντερσον). Το ποζιτρόνιο είναι ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο που έχει την ίδια μάζα και το ίδιο (modulo) φορτίο με ένα ηλεκτρόνιο. Η ύπαρξη του ποζιτρονίου είχε προβλεφθεί από τον P. Dirac το 1928. Κατά τη διάρκεια αυτών των ετών, ανακαλύφθηκαν και μελετήθηκαν οι αμοιβαίοι μετασχηματισμοί πρωτονίων και νετρονίων, και έγινε σαφές ότι αυτά τα σωματίδια δεν είναι επίσης τα αμετάβλητα στοιχειώδη «δομικά στοιχεία» της φύσης. Το 1937, σωματίδια με μάζα 207 μάζες ηλεκτρονίων, που ονομάζονται μιόνια (μ-μεσόνια), ανακαλύφθηκαν στις κοσμικές ακτίνες. Στη συνέχεια, το 1947-1950, ανακαλύφθηκαν τα πιόνια (δηλαδή τα μεσόνια π), τα οποία, σύμφωνα με τις σύγχρονες έννοιες, αλληλεπιδρούν μεταξύ νουκλεονίων στον πυρήνα. Τα επόμενα χρόνια, ο αριθμός των σωματιδίων που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα άρχισε να αυξάνεται γρήγορα. Αυτό διευκολύνθηκε από την έρευνα στις κοσμικές ακτίνες, την ανάπτυξη τεχνολογίας επιταχυντών και τη μελέτη των πυρηνικών αντιδράσεων.
Επί του παρόντος, είναι γνωστά περίπου 400 υποπυρηνικά σωματίδια, τα οποία συνήθως ονομάζονται στοιχειώδη. Η συντριπτική πλειοψηφία αυτών των σωματιδίων είναι ασταθή. Οι μόνες εξαιρέσεις είναι το φωτόνιο, το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο και το νετρίνο. Όλα τα άλλα σωματίδια υφίστανται αυθόρμητους μετασχηματισμούς σε άλλα σωματίδια σε ορισμένα διαστήματα. Τα ασταθή στοιχειώδη σωματίδια διαφέρουν πολύ στη διάρκεια ζωής τους. Το σωματίδιο με τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής είναι το νετρόνιο. Η διάρκεια ζωής των νετρονίων είναι περίπου 15 λεπτά. Άλλα σωματίδια «ζουν» για πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα. Για παράδειγμα, η μέση διάρκεια ζωής ενός μ μεσονίου είναι 2,2·10–6 s, και αυτή ενός ουδέτερου π είναι 0,87·10–16 s. Πολλά τεράστια σωματίδια - υπερόνια - έχουν μέση διάρκεια ζωής της τάξης των 10–10 δευτερολέπτων.
Υπάρχουν αρκετές δεκάδες σωματίδια με διάρκεια ζωής που υπερβαίνει τα 10-17 δευτερόλεπτα. Στην κλίμακα του μικρόκοσμου, αυτή είναι μια σημαντική στιγμή. Τέτοια σωματίδια ονομάζονται σχετικά σταθερά. Τα περισσότερα βραχύβια στοιχειώδη σωματίδια έχουν διάρκεια ζωής της τάξης των 10–22–10–23 s.
Η ικανότητα να υφίστανται αμοιβαίοι μετασχηματισμοί είναι η πιο σημαντική ιδιότητα όλων των στοιχειωδών σωματιδίων. Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι ικανά να γεννηθούν και να καταστραφούν (εκπέμπονται και απορροφώνται). Αυτό ισχύει και για τα σταθερά σωματίδια, με τη μόνη διαφορά ότι οι μετασχηματισμοί των σταθερών σωματιδίων δεν συμβαίνουν αυθόρμητα, αλλά μέσω αλληλεπίδρασης με άλλα σωματίδια. Ένα παράδειγμα είναι η εκμηδένιση (δηλαδή η εξαφάνιση) ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου, που συνοδεύεται από τη γέννηση φωτονίων υψηλής ενέργειας. Μπορεί επίσης να συμβεί η αντίστροφη διαδικασία - η γέννηση ενός ζεύγους ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, για παράδειγμα, όταν ένα φωτόνιο με αρκετά υψηλή ενέργεια συγκρούεται με έναν πυρήνα. Το πρωτόνιο έχει επίσης ένα τόσο επικίνδυνο δίδυμο όπως το ποζιτρόνιο για το ηλεκτρόνιο. Ονομάζεται αντιπρωτόνιο. Το ηλεκτρικό φορτίο του αντιπρωτονίου είναι αρνητικό. Επί του παρόντος, έχουν βρεθεί αντισωματίδια σε όλα τα σωματίδια. Τα αντισωματίδια είναι αντίθετα με τα σωματίδια γιατί όταν οποιοδήποτε σωματίδιο συναντά το αντισωματίδιο του, επέρχεται ο αφανισμός τους, δηλαδή εξαφανίζονται και τα δύο σωματίδια, μετατρέποντας σε κβάντα ακτινοβολίας ή άλλα σωματίδια.
Το αντισωματίδιο έχει βρεθεί ακόμη και στο νετρόνιο. Το νετρόνιο και το αντινετρόνιο διαφέρουν μόνο ως προς τα σημάδια της μαγνητικής ροπής και του λεγόμενου φορτίου βαρυονίου. Είναι δυνατή η ύπαρξη ατόμων αντιύλης, οι πυρήνες των οποίων αποτελούνται από αντινουκλεόνια και το κέλυφος από ποζιτρόνια. Όταν η αντιύλη εκμηδενίζεται με την ύλη, η υπόλοιπη ενέργεια μετατρέπεται σε ενέργεια των κβαντών ακτινοβολίας. Πρόκειται για τεράστια ενέργεια, η οποία υπερβαίνει σημαντικά εκείνη που απελευθερώνεται κατά τις πυρηνικές και θερμοπυρηνικές αντιδράσεις.
Στην ποικιλία των στοιχειωδών σωματιδίων που είναι γνωστά μέχρι σήμερα, βρίσκεται ένα περισσότερο ή λιγότερο αρμονικό σύστημα ταξινόμησης. Στον πίνακα Το 9.9.1 παρέχει ορισμένες πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων με διάρκεια ζωής μεγαλύτερη από 10–20 δευτερόλεπτα. Από τις πολλές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν ένα στοιχειώδες σωματίδιο, ο πίνακας δείχνει μόνο τη μάζα του σωματιδίου (σε μάζες ηλεκτρονίων), το ηλεκτρικό φορτίο (σε μονάδες στοιχειώδους φορτίου) και τη γωνιακή ορμή (το λεγόμενο σπιν) σε μονάδες της σταθεράς του Planck ħ = h / 2π. Ο πίνακας δείχνει επίσης τη μέση διάρκεια ζωής των σωματιδίων.
Ομάδα
Όνομα σωματιδίου
Σύμβολο
Μάζα (σε ηλεκτρονικές μάζες)
Ηλεκτρικό φορτίο
Γνέθω
Χρόνος ζωής
Σωματίδιο
Αντισωματίδιο
Φωτόνια
Φωτόνιο
γ

Σταθερός
Λεπτόνια
Νετρίνο ηλεκτρόνιο
νe

1 / 2
Σταθερός
Νετρίνο μιόνιο
νμ

1 / 2
Σταθερός
Ηλεκτρόνιο
μι-
e+

–1 1
1 / 2
Σταθερός
Μου μεσον
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
Αδρόνια
Μεσον
Π μεσόνια
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
Κ-μεσόνια
Κ+
Κ -
966,4
1 –1

1,24∙10–8
Κ 0

≈ 10–10–10–8
Eta-null-μεσόνιο
η0

≈ 10–18
Βαρυόνια
Πρωτόνιο
Π

1836,1
1 –1
1 / 2
Σταθερός
Νετρόνιο
n

Λάμδα υπερόν
Λ0

1 / 2
2,63∙10–10
Υπερώνια Sigma
Σ +

2327,6
1 –1
1 / 2
0,8∙10–10
Σ 0

1 / 2
7,4∙10–20
Σ –

2343,1
–1 1
1 / 2
1,48∙10–10
Ξι-υπερόνια
Ξ 0

1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –

2585,6
–1 1
1 / 2
1,64∙10–10
Ωμέγα-μείον-υπερόν
Ω–

–1 1
1 / 2
0,82∙10–11

Πίνακας 9.9.1.
Τα στοιχειώδη σωματίδια συνδυάζονται σε τρεις ομάδες: φωτόνια, λεπτόνια και αδρόνια.
Η ομάδα των φωτονίων περιλαμβάνει ένα μόνο σωματίδιο - ένα φωτόνιο, το οποίο είναι ο φορέας της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης.
Η επόμενη ομάδα αποτελείται από ελαφρά λεπτονικά σωματίδια. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει δύο τύπους νετρίνων (ηλεκτρόνιο και μιόνιο), το ηλεκτρόνιο και το μ-μεσόνιο. Τα λεπτόνια περιλαμβάνουν επίσης έναν αριθμό σωματιδίων που δεν αναφέρονται στον πίνακα. Όλα τα λεπτόνια έχουν σπιν
Η τρίτη μεγάλη ομάδα αποτελείται από βαριά σωματίδια που ονομάζονται αδρόνια. Αυτή η ομάδα χωρίζεται σε δύο υποομάδες. Τα ελαφρύτερα σωματίδια αποτελούν μια υποομάδα μεσονίων. Τα ελαφρύτερα από αυτά είναι θετικά και αρνητικά φορτισμένα, καθώς και ουδέτερα π-μεσόνια με μάζες της τάξης των 250 μαζών ηλεκτρονίων (Πίνακας 9.9.1). Τα πιόνια είναι κβάντα του πυρηνικού πεδίου, όπως τα φωτόνια είναι κβάντα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Αυτή η υποομάδα περιλαμβάνει επίσης τέσσερα μεσόνια Κ και ένα μεσόνιο η0. Όλα τα μεσόνια έχουν σπιν ίσο με μηδέν.
Η δεύτερη υποομάδα - βαρυόνια - περιλαμβάνει βαρύτερα σωματίδια. Είναι το πιο εκτεταμένο. Τα ελαφρύτερα βαρυόνια είναι τα νουκλεόνια—πρωτόνια και νετρόνια. Ακολουθούν τα λεγόμενα υπερώνια. Το ωμέγα-μείον υπερόν, που ανακαλύφθηκε το 1964, κλείνει τον πίνακα. Είναι ένα βαρύ σωματίδιο με μάζα 3273 μάζες ηλεκτρονίων. Όλα τα βαρυόνια έχουν περιστροφή
Η αφθονία των αδρονίων που ανακαλύφθηκαν και πρόσφατα ανακαλύφθηκαν οδήγησε τους επιστήμονες να πιστέψουν ότι όλα κατασκευάστηκαν από κάποια άλλα πιο θεμελιώδη σωματίδια. Το 1964, ο Αμερικανός φυσικός M. Gell-Man διατύπωσε μια υπόθεση, που επιβεβαιώθηκε από μεταγενέστερες έρευνες, ότι όλα τα βαριά θεμελιώδη σωματίδια - αδρόνια - κατασκευάζονται από πιο θεμελιώδη σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ. Με βάση την υπόθεση του κουάρκ, όχι μόνο έγινε κατανοητή η δομή των ήδη γνωστών αδρονίων, αλλά προβλέφθηκε και η ύπαρξη νέων. Η θεωρία του Gell-Mann υπέθεσε την ύπαρξη τριών κουάρκ και τριών αντικουάρκ, που συνδέονται μεταξύ τους σε διάφορους συνδυασμούς. Έτσι, κάθε βαρυόνιο αποτελείται από τρία κουάρκ και κάθε αντιβαρυόνιο αποτελείται από τρία αντικουάρκ. Τα μεσόνια αποτελούνται από ζεύγη κουάρκ-αντικουάρκ.
Με την αποδοχή της υπόθεσης του κουάρκ, κατέστη δυνατή η δημιουργία ενός αρμονικού συστήματος στοιχειωδών σωματιδίων. Ωστόσο, οι προβλεπόμενες ιδιότητες αυτών των υποθετικών σωματιδίων αποδείχθηκαν αρκετά απροσδόκητες. Το ηλεκτρικό φορτίο των κουάρκ πρέπει να εκφράζεται σε κλασματικούς αριθμούς ίσους με το στοιχειώδες φορτίο.
Πολυάριθμες έρευνες για κουάρκ σε ελεύθερη κατάσταση, που πραγματοποιήθηκαν σε επιταχυντές υψηλής ενέργειας και σε κοσμικές ακτίνες, ήταν ανεπιτυχείς. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ένας από τους λόγους για τη μη παρατηρησιμότητα των ελεύθερων κουάρκ είναι ίσως οι πολύ μεγάλες μάζες τους. Αυτό αποτρέπει τη γέννηση κουάρκ στις ενέργειες που επιτυγχάνονται στους σύγχρονους επιταχυντές. Ωστόσο, οι περισσότεροι ειδικοί είναι πλέον σίγουροι ότι τα κουάρκ υπάρχουν μέσα σε βαριά σωματίδια - αδρόνια.
Θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις. Οι διαδικασίες στις οποίες συμμετέχουν διάφορα στοιχειώδη σωματίδια διαφέρουν πολύ στους χαρακτηριστικούς χρόνους και ενέργειές τους. Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, υπάρχουν τέσσερις τύποι αλληλεπιδράσεων στη φύση που δεν μπορούν να περιοριστούν σε άλλους, απλούστερους τύπους αλληλεπιδράσεων: ισχυρές, ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς και βαρυτικές. Αυτοί οι τύποι αλληλεπιδράσεων ονομάζονται θεμελιώδεις.
Η ισχυρή (ή πυρηνική) αλληλεπίδραση είναι η πιο έντονη από όλους τους τύπους αλληλεπιδράσεων. Προκαλούν έναν εξαιρετικά ισχυρό δεσμό μεταξύ πρωτονίων και νετρονίων στους πυρήνες των ατόμων. Μόνο τα βαριά σωματίδια - αδρόνια (μεσόνια και βαρυόνια) - μπορούν να συμμετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Η ισχυρή αλληλεπίδραση εκδηλώνεται σε αποστάσεις της τάξεως μικρότερες από 10–15 μ. Επομένως, ονομάζεται μικρής εμβέλειας.
Ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Οποιαδήποτε ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, καθώς και φωτόνια - κβάντα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, μπορούν να λάβουν μέρος σε αυτό το είδος αλληλεπίδρασης. Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είναι υπεύθυνη, ειδικότερα, για την ύπαρξη ατόμων και μορίων. Καθορίζει πολλές ιδιότητες ουσιών σε στερεά, υγρή και αέρια κατάσταση. Η κουλόμπ απώθηση πρωτονίων οδηγεί σε αστάθεια πυρήνων με μεγάλους μαζικούς αριθμούς. Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση καθορίζει τις διαδικασίες απορρόφησης και εκπομπής φωτονίων από άτομα και μόρια ύλης και πολλές άλλες διαδικασίες στη φυσική του μικρο- και του μακρόκοσμου.
Η ασθενής αλληλεπίδραση είναι η πιο αργή από όλες τις αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν στον μικρόκοσμο. Οποιαδήποτε στοιχειώδη σωματίδια εκτός από φωτόνια μπορούν να λάβουν μέρος σε αυτό. Η ασθενής αλληλεπίδραση είναι υπεύθυνη για διαδικασίες που περιλαμβάνουν νετρίνα ή αντινετρίνα, για παράδειγμα, διάσπαση βήτα νετρονίων

Καθώς και διεργασίες διάσπασης σωματιδίων χωρίς νετρίνα με μεγάλη διάρκεια ζωής (τ ≥ 10–10 s).
Η βαρυτική αλληλεπίδραση είναι εγγενής σε όλα τα σωματίδια χωρίς εξαίρεση, ωστόσο, λόγω των μικρών μαζών των στοιχειωδών σωματιδίων, οι δυνάμεις της βαρυτικής αλληλεπίδρασης μεταξύ τους είναι αμελητέες και ο ρόλος τους στις διαδικασίες του μικροκόσμου είναι ασήμαντος. Οι βαρυτικές δυνάμεις παίζουν καθοριστικό ρόλο στην αλληλεπίδραση των κοσμικών αντικειμένων (αστέρων, πλανητών κ.λπ.) με τις τεράστιες μάζες τους.
Στη δεκαετία του '30 του 20ου αιώνα, προέκυψε η υπόθεση ότι στον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων, οι αλληλεπιδράσεις πραγματοποιούνται μέσω της ανταλλαγής κβαντών κάποιου πεδίου. Αυτή η υπόθεση προτάθηκε αρχικά από τους συμπατριώτες μας I. E. Tamm και D. D. Ivanenko. Πρότειναν ότι οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις προκύπτουν από την ανταλλαγή σωματιδίων, όπως ακριβώς ο ομοιοπολικός χημικός δεσμός των ατόμων προκύπτει από την ανταλλαγή ηλεκτρονίων σθένους που συνδυάζονται σε μη γεμάτα κελύφη ηλεκτρονίων.
Η αλληλεπίδραση που πραγματοποιείται με την ανταλλαγή σωματιδίων ονομάζεται αλληλεπίδραση ανταλλαγής στη φυσική. Για παράδειγμα, η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων προκύπτει λόγω της ανταλλαγής φωτονίων - κβαντών του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
Η θεωρία της ανταλλαγής αλληλεπίδρασης κέρδισε την αναγνώριση αφού ο Ιάπωνας φυσικός H. Yukawa έδειξε θεωρητικά το 1935 ότι η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ νουκλεονίων στους πυρήνες των ατόμων μπορεί να εξηγηθεί αν υποθέσουμε ότι τα νουκλεόνια ανταλλάσσουν υποθετικά σωματίδια που ονομάζονται μεσόνια. Ο Yukawa υπολόγισε τη μάζα αυτών των σωματιδίων, η οποία αποδείχθηκε ότι ήταν περίπου ίση με 300 μάζες ηλεκτρονίων. Σωματίδια με τέτοια μάζα ανακαλύφθηκαν στη συνέχεια. Αυτά τα σωματίδια ονομάζονται π-μεσόνια (πιόνια). Επί του παρόντος, είναι γνωστοί τρεις τύποι ιόντων: π+, π– και π0 (βλ. Πίνακας 9.9.1).
Το 1957, η ύπαρξη βαρέων σωματιδίων, των λεγόμενων διανυσματικών μποζονίων W+, W– και Z0, προβλέφθηκε θεωρητικά, προκαλώντας τον μηχανισμό ανταλλαγής της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Αυτά τα σωματίδια ανακαλύφθηκαν το 1983 σε πειράματα επιταχυντών χρησιμοποιώντας συγκρουόμενες δέσμες πρωτονίων και αντιπρωτονίων υψηλής ενέργειας. Η ανακάλυψη των διανυσματικών μποζονίων ήταν ένα πολύ σημαντικό επίτευγμα στη σωματιδιακή φυσική. Αυτή η ανακάλυψη σηματοδότησε την επιτυχία της θεωρίας, η οποία συνδύασε τις ηλεκτρομαγνητικές και τις αδύναμες δυνάμεις σε μια ενιαία λεγόμενη ηλεκτροαδύναμη δύναμη. Αυτή η νέα θεωρία θεωρεί το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και το ασθενές πεδίο αλληλεπίδρασης ως διαφορετικές συνιστώσες του ίδιου πεδίου, στο οποίο συμμετέχουν διανυσματικά μποζόνια μαζί με το κβαντικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Μετά από αυτή την ανακάλυψη στη σύγχρονη φυσική, η εμπιστοσύνη ότι όλα τα είδη αλληλεπίδρασης συνδέονται στενά μεταξύ τους και, στην ουσία, είναι διαφορετικές εκδηλώσεις κάποιου μεμονωμένου πεδίου, έχει αυξηθεί σημαντικά. Ωστόσο, η ενοποίηση όλων των αλληλεπιδράσεων παραμένει μόνο μια ελκυστική επιστημονική υπόθεση.
Οι θεωρητικοί φυσικοί καταβάλλουν σημαντικές προσπάθειες σε προσπάθειες να εξετάσουν σε ενιαία βάση όχι μόνο την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή, αλλά και την ισχυρή αλληλεπίδραση. Αυτή η θεωρία ονομάστηκε Μεγάλη Ενοποίηση. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι η βαρυτική αλληλεπίδραση θα πρέπει επίσης να έχει τον δικό της φορέα - ένα υποθετικό σωματίδιο που ονομάζεται graviton. Ωστόσο, αυτό το σωματίδιο δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί.
Θεωρείται πλέον αποδεδειγμένο ότι ένα ενιαίο πεδίο που ενώνει όλους τους τύπους αλληλεπίδρασης μπορεί να υπάρξει μόνο σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες σωματιδίων, αδύνατες με τους σύγχρονους επιταχυντές. Τα σωματίδια θα μπορούσαν να έχουν τόσο υψηλές ενέργειες μόνο στα πολύ πρώιμα στάδια της ύπαρξης του Σύμπαντος, που προέκυψε ως αποτέλεσμα της λεγόμενης Μεγάλης Έκρηξης. Η κοσμολογία -η μελέτη της εξέλιξης του Σύμπαντος- υποδηλώνει ότι το Big Bang συνέβη πριν από 18 δισεκατομμύρια χρόνια. Στο τυπικό μοντέλο της εξέλιξης του Σύμπαντος, υποτίθεται ότι στην πρώτη περίοδο μετά την έκρηξη η θερμοκρασία θα μπορούσε να φτάσει τους 1032 K και η ενέργεια των σωματιδίων E = kT θα μπορούσε να φτάσει τα 1019 GeV. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η ύλη υπήρχε με τη μορφή κουάρκ και νετρίνων και όλοι οι τύποι αλληλεπιδράσεων συνδυάστηκαν σε ένα ενιαίο πεδίο δύναμης. Σταδιακά, καθώς το Σύμπαν επεκτεινόταν, η ενέργεια των σωματιδίων μειώθηκε και από το ενοποιημένο πεδίο αλληλεπιδράσεων, προέκυψε πρώτα η βαρυτική αλληλεπίδραση (σε ενέργειες σωματιδίων ≤ 1019 GeV) και στη συνέχεια η ισχυρή αλληλεπίδραση διαχωρίστηκε από την ηλεκτροαδύναμη αλληλεπίδραση (σε ενέργειες της τάξης των 1014 GeV). Σε ενέργειες της τάξης των 103 GeV, αποδείχθηκε ότι και οι τέσσερις τύποι θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων ήταν διαχωρισμένοι. Ταυτόχρονα με αυτές τις διαδικασίες, σχηματίζονταν πιο πολύπλοκες μορφές ύλης - νουκλεόνια, ελαφροί πυρήνες, ιόντα, άτομα κ.λπ. ημέρα, βασιζόμενος στους νόμους της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, καθώς και της πυρηνικής και ατομικής φυσικής.

Molyanova Nadezhda Mikhailovna ID 011

Θέμα: Η προέλευση της σωματιδιακής φυσικής. Ταξινόμηση στοιχειωδών σωματιδίων.

Το κύριο περιεχόμενο του εκπαιδευτικού υλικού:
- Ιστορικά στάδια ανάπτυξης στοιχειωδών σωματιδίων.
- Η έννοια των στοιχειωδών σωματιδίων και η ταξινόμηση τους, αμοιβαίοι μετασχηματισμοί.
- Είδη αλληλεπιδράσεων στοιχειωδών σωματιδίων.
- Τα στοιχειώδη σωματίδια στη ζωή μας.

Τύπος μαθήματος:γενίκευση και συστηματοποίηση.

Μορφή μαθήματος:Διάλεξη με στοιχεία συνομιλίας και ανεξάρτητης εργασίας των μαθητών με σχολικό βιβλίο και πίνακες (Οι πίνακες βρίσκονται στα τραπέζια των μαθητών και προβάλλονται στην οθόνη κατά τη διάρκεια του μαθήματος)

Σκοπός του μαθήματος:
- Διευρύνετε την κατανόηση των μαθητών για τη δομή της ύλης, ταξινομήστε τα στοιχειώδη σωματίδια, τις γενικές ιδιότητές τους και εξοικειώστε τους με τα κύρια στάδια ανάπτυξης.
- Αναπτύξτε την επιστημονική σκέψη των μαθητών με βάση τις ιδέες για τα στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους

Κατά τη διάρκεια των μαθημάτων:
1. Οργανωτική στιγμή (1 λεπτό)
2. Εκμάθηση νέου υλικού (30 λεπτά)
3. Εμπέδωση γνώσεων που αποκτήθηκαν (6 λεπτά)
4. Σύνοψη (2 λεπτά)
5. D/Z (1 λεπτό)

1. Σήμερα στο μάθημα θα μιλήσουμε για τα πρωτεύοντα, αδιάσπαστα σωματίδια που αποτελούν όλη την ύλη. Είστε ήδη λίγο πολύ εξοικειωμένοι με το ηλεκτρόνιο, το φωτόνιο, το πρωτόνιο και το νετρόνιο. Τι είναι όμως ένα στοιχειώδες σωματίδιο;

2. Τα ιστορικά στάδια ανάπτυξης των στοιχειωδών σωματιδίων μπορούν να παρουσιαστούν με τη μορφή πίνακα.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, ανακαλύφθηκε ότι όλα τα άτομα κατασκευάζονται από νετρόνια, πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Ανακαλύφθηκαν ποζιτρόνια, νετρίνα, φωτόνια (γάμα κβαντικό).
Βασικά χαρακτηριστικά των πιο κοινών στοιχειωδών σωματιδίων.

Τα στοιχειώδη σωματίδια, με την ακριβή έννοια της λέξης, είναι τα πρωτεύοντα, περαιτέρω αδιάσπαστα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται όλες οι ουσίες.
Επί του παρόντος, αυτός ο όρος χρησιμοποιείται για μια μεγάλη ομάδα μικροσωματιδίων που ΔΕΝ είναι άτομα ή πυρήνες, με εξαίρεση το πρωτόνιο, το οποίο είναι ταυτόχρονα ένα στοιχειώδες σωματίδιο και ο πυρήνας ενός ελαφρού ατόμου υδρογόνου.
Τα στοιχειώδη σωματίδια χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες παραμέτρους: μάζα ηρεμίας του σωματιδίου, τιμή σπιν, τιμή ηλεκτρικού φορτίου, διάρκεια ζωής."
Το σπιν ενός στοιχειώδους σωματιδίου είναι ίσο με τον λόγο της σταθεράς του Planck προς 2 n

Τα σωματίδια που έχουν σπιν κ.λπ. ονομάζονται μποζόνια ; με περιστροφή μισού ακέραιου αριθμού - φερμιόνια , δηλαδή όλα τα στοιχειώδη σωματίδια χωρίζονται σε σωματίδια και αντισωματίδια. Έχουν τις ίδιες μάζες, περιστροφές, διάρκεια ζωής και ηλεκτρικά φορτία ίσου μεγέθους.

Το ποζιτρόνιο ανακαλύφθηκε σε έναν θάλαμο σύννεφων το 1928. Αυτό το σωματίδιο είναι ένα ηλεκτρόνιο, αλλά με θετικό φορτίο, το ποζιτρόνιο ανακαλύφθηκε στις κοσμικές ακτίνες. Αργότερα, κατά την αλληλεπίδραση των κβαντικών γάμμα με την ύλη και στην αντίδραση μετατροπής ενός πρωτονίου σε νετρόνιο.

Η διαδικασία αλληλεπίδρασης ενός στοιχειώδους σωματιδίου με ένα αντισωματίδιο, ως αποτέλεσμα της οποίας μετατρέπονται σε άλλα σωματίδια ή κβάντα ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, ονομάζεται εκμηδένιση (εξαφάνιση). Αντίδραση αφανισμού:

Η αντίστροφη διαδικασία εκμηδένισης ονομάζεται γέννηση ενός ζευγαριού .

Ερώτηση:Σκεφτείτε τι δομή θα έχει το αντιδευτέριο;
Απάντηση:αποτελείται από ένα ηλεκτρόνιο και έναν πυρήνα (πρωτόνιο και νετρόνιο). Ένα άτομο αντιδευτερίου θα αποτελείται από έναν αντιπυρήνα (ένα αντιπρωτόνιο και ένα αντινετρόνιο) και ένα ποζιτρόνιο που κινείται γύρω από τον αντιπυρήνα.

Τα στοιχειώδη σωματίδια συμμετέχουν σε τέσσερις γνωστούς θεμελιώδεις τύπους αλληλεπίδρασης: ισχυρή, ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και βαρυτική. (βλέπε πίνακα 3)


Οι ενέργειες των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων είναι περίπου οι εξής:

Ας δούμε τον Πίνακα 4
Ερώτηση:Ονομάστε τις κύριες κατηγορίες στοιχειωδών σωματιδίων.

Απάντηση:φωτόνια, λεπτόνια, μεσόνια, βαρυόνια.

Ερώτηση:Να αναφέρετε τα κύρια χαρακτηριστικά των στοιχειωδών σωματιδίων.
Απάντηση:Μάζα, φόρτιση, περιστροφή, διάρκεια ζωής.

Ερώτηση:Πώς διαφέρουν τα σωματίδια και τα αντισωματίδια;
Απάντηση:Τα σημάδια των ηλεκτρικών φορτίων του σωματιδίου και του αντισωματιδίου είναι αντίθετα.

Φωτόνια– σωματίδια που συμμετέχουν σε ηλεκτρομαγνητικές και βαρυτικές αλληλεπιδράσεις.
Λεπτόνια– σωματίδια που δεν συμμετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις, αλλά είναι ικανά για τα άλλα τρία.
Αδρόνια– σωματίδια που συμμετέχουν σε όλους τους τύπους θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων. Αυτή η τάξη περιλαμβάνει βαρυόνια και μεσόνια. Τα βαρυόνια έχουν περιστροφές μισού ακέραιου αριθμού και τα μεσόνια έχουν περιστροφές ακέραιου αριθμού. Το ότι ανήκει σε ένα βαρυόνιο σημειώνεται με την εκχώρηση ενός φορτίου βαρυονίου - έναν αριθμό ίσο με +1 για ένα σωματίδιο και -1 για ένα αντισωματίδιο. Τα αδρόνια περιλαμβάνουν μόνο μέρος των μεσονίων (P-meson). Τα νουκλεόνια ταξινομούνται ως βαρυόνια. Τα βαρυόνια των οποίων η μάζα είναι μεγαλύτερη από τη μάζα ενός νουκλεονίου ονομάζονται υπερών.
Το ότι ανήκει στα λεπτόνια επισημαίνεται με την ανάθεση ενός φορτίου λεπτονίων σε κάθε σωματίδιο: +1 για τα σωματίδια, -1 για τα αντισωματίδια.
Έχει διαπιστωθεί ότι τα αδρόνια αποτελούνται από κουάρκ– έξι σωματίδια που έχουν κλασματικό στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο. Τα κουάρκ δεν έχουν παρατηρηθεί σε ελεύθερη κατάσταση· μόνο στο κέντρο του νουκλεονίου βρίσκονται ως ανεξάρτητα σωματίδια.
Για να διεισδύσουμε βαθύτερα στον μικρόκοσμο, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν σωματίδια ολοένα και υψηλότερης ενέργειας.
Αποδεικνύεται ότι με την τεράστια ενέργεια που υπάρχει στη θερμοκρασία, οι ασθενείς και οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις συνδυάζονται στην ηλεκτροασθενή αλληλεπίδραση. Όταν συνδυάζονται και οι τέσσερις αλληλεπιδράσεις, καθίσταται δυνατός ο μετασχηματισμός σωματιδίων φυσικής ύλης (φερμιόνια) σε σωματίδια που είναι φορείς αλληλεπίδρασης (μποζόνια).
Γιατί είναι τόσο απαραίτητες οι πληροφορίες για τα στοιχειώδη σωματίδια;
Το πιο σημαντικό πράγμα για τη σωματιδιακή φυσική είναι το συμπέρασμα για τη σχέση μεταξύ μάζας και ενέργειας. Η ενέργεια ενός σώματος ή συστήματος θεμάτων είναι ίση με τη μάζα πολλαπλασιαζόμενη με το τετράγωνο της ταχύτητας.
Κάτι να σκεφτείς!
Το νετρίνο είναι ένα σωματίδιο που εμφανίστηκε τη στιγμή της γέννησης του Σύμπαντος και μεταφέρει πολλές πληροφορίες, έτσι τα τηλεσκόπια νετρίνων «πιάνουν» σωματίδια και οι επιστήμονες τα μελετούν. Υπάρχει συσκευή ποζιτρονίου τομογράφου. Ένα ραδιενεργό στοιχείο εισάγεται στο αίμα ενός ζωντανού οργανισμού, εκπέμποντας ποζιτρόνια, τα οποία αντιδρούν με τα ηλεκτρόνια του σώματος, εκμηδενίζονται και εκπέμπουν ακτίνες γάμμα, οι οποίες ανιχνεύονται από έναν ανιχνευτή.
Σε μικρές δόσεις, οι ακτίνες γάμμα έχουν κάποιο όφελος στους ζωντανούς οργανισμούς. Πεδίο εφαρμογής: ιατρική, επιστήμη, τεχνολογία.

3. Χρησιμοποιώντας υποστηρικτικές σημειώσεις, σχολικό βιβλίο, πίνακες, απαντήστε στις ερωτήσεις.

4. Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια μετασχηματίζονται το ένα στο άλλο, δηλ. αυτοί οι αμοιβαίοι μετασχηματισμοί είναι ο κύριος παράγοντας της ύπαρξής τους. Μεταξύ των ιδιοτήτων των στοιχειωδών σωματιδίων, διακρίνονται τα ακόλουθα: αστάθεια, αλληλομετατρεψιμότητα και αλληλεπίδραση, παρουσία ενός αντισωματιδίου σε κάθε σωματίδιο, σύνθετη δομή, ταξινόμηση.

Ο κόσμος αποτελείται από θεμελιώδη σωματίδια. Οποιοδήποτε υλικό σώμα έχει μάζα. Τι είναι η μάζα; Ο LHC είναι ένας επιταχυντής σωματιδίων που επιτρέπει στους φυσικούς να διεισδύσουν βαθύτερα στην ύλη από ποτέ.
Η δημιουργία του LHC σηματοδοτεί την αρχή της μελλοντικής προηγμένης έρευνας. Οι ερευνητές ελπίζουν για νέα φυσικά φαινόμενα, όπως τα άπιαστα σωματίδια Higgs, ή εκείνα που σχηματίζουν τη σκοτεινή ύλη, η οποία αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο Σύμπαν. Είναι αδύνατο να προβλέψουμε με ακρίβεια τα αποτελέσματα των επερχόμενων πειραμάτων, αλλά σίγουρα θα έχουν μεγάλο αντίκτυπο και όχι μόνο στη σωματιδιακή φυσική! Αλλά η δημιουργία του LHC δεν τελειώνει μια σελίδα στην ιστορία της φυσικής, αλλά μάλλον σηματοδοτεί την αρχή μιας πολλά υποσχόμενης μελλοντικής έρευνας.

5. Εργασία για το σπίτι (στον πίνακα)
Παράγραφοι 115, 116; περίληψη αναφοράς
ετοιμάζει έκθεση για την πρόοδο των ερευνητικών εργασιών στο LHC.

Μεταχειρισμένα βιβλία:
Φυσική 11 Γ.Υα. Myakishev, B.B. Μπουκόβτσεφ. Ωτίς.
μάθημα φυσικής. Τόμος 3 K.A. Putilov, V.A. Fabrikant.
Ατομική και πυρηνική φυσική. ΕΝΤΑΞΕΙ. Costco.
Εξελίξεις στο μάθημα της φυσικής. Βαθμός 11. V.A.Volkov.
Ουρόκι. Καθαρά

Τάξη: 11

Τάξη: 11

Τύπος μαθήματος:μάθημα μελέτης και πρωταρχική εμπέδωση της νέας γνώσης

Μέθοδος διδασκαλίας:διάλεξη

Μορφή μαθητικής δραστηριότητας:μετωπική, συλλογική, ατομική

Σκοπός του μαθήματος:να επεκτείνει την κατανόηση των μαθητών για τη δομή της ύλης· εξετάστε τα κύρια στάδια στην ανάπτυξη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. δίνουν την έννοια των στοιχειωδών σωματιδίων και τις ιδιότητές τους.

Στόχοι μαθήματος:

• Εκπαιδευτικός: να εισαγάγει τους μαθητές στην έννοια του στοιχειώδους σωματιδίου, την τυπολογία των στοιχειωδών σωματιδίων, καθώς και μεθόδους για τη μελέτη των ιδιοτήτων των στοιχειωδών σωματιδίων.
• Αναπτυξιακή: ανάπτυξη του γνωστικού ενδιαφέροντος των μαθητών, διασφαλίζοντας την εφικτή συμμετοχή τους στην ενεργό γνωστική δραστηριότητα.
• Εκπαιδευτικός: εκπαίδευση των καθολικών ανθρώπινων ιδιοτήτων - συνειδητοποίηση της αντίληψης των επιστημονικών επιτευγμάτων στον κόσμο. αναπτύσσοντας περιέργεια και αντοχή.

Εξοπλισμός για το μάθημα:

Διδακτικό υλικό:υλικό σχολικού βιβλίου, κάρτες με τεστ και πίνακες

Οπτικά βοηθήματα: παρουσίαση

1. Οργάνωση της έναρξης του μαθήματος.

Δραστηριότητες δασκάλου:Αμοιβαίοι χαιρετισμοί μεταξύ δασκάλου και μαθητών, επιδιόρθωση μαθητών, έλεγχος της ετοιμότητας των μαθητών για το μάθημα. Οργάνωση προσοχής και ένταξη των μαθητών στον επιχειρηματικό ρυθμό της εργασίας.

οργάνωση της προσοχής και ένταξη στον επιχειρηματικό ρυθμό της εργασίας.

2. Προετοιμασία για το κύριο στάδιο του μαθήματος.

Δραστηριότητες δασκάλου:Σήμερα θα αρχίσουμε να μελετάμε μια νέα ενότητα της «Κβαντικής Φυσικής» - «Στοιχειώδη Σωματίδια». Σε αυτό το κεφάλαιο θα μιλήσουμε για τα πρωτεύοντα, αδιάσπαστα σωματίδια από τα οποία είναι δομημένη όλη η ύλη, για τα στοιχειώδη σωματίδια.

Οι φυσικοί ανακάλυψαν την ύπαρξη στοιχειωδών σωματιδίων όταν μελετούσαν τις πυρηνικές διεργασίες, έτσι μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων ήταν κλάδος της πυρηνικής φυσικής. Επί του παρόντος, η φυσική στοιχειωδών σωματιδίων και η πυρηνική φυσική είναι στενοί αλλά ανεξάρτητοι κλάδοι της φυσικής, που ενώνονται από την κοινότητα πολλών προβλημάτων που εξετάζονται και τις ερευνητικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται.

Το κύριο καθήκον της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων είναι η μελέτη της φύσης, των ιδιοτήτων και των αμοιβαίων μετασχηματισμών των στοιχειωδών σωματιδίων.

Θα είναι επίσης το κύριο καθήκον μας στη μελέτη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.

3. Αφομοίωση νέων γνώσεων και μεθόδων δράσης.

Δραστηριότητες δασκάλου:Θέμα μαθήματος: "Στάδια ανάπτυξης της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων." Σε αυτό το μάθημα θα εξετάσουμε τις ακόλουθες ερωτήσεις:

• Η ιστορία της ανάπτυξης των ιδεών ότι ο κόσμος αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια
• Τι είναι τα στοιχειώδη σωματίδια;
• Πώς μπορεί κανείς να αποκτήσει ένα απομονωμένο στοιχειώδες σωματίδιο και είναι δυνατόν;
• Τυπολογία σωματιδίων.

Η ιδέα ότι ο κόσμος αποτελείται από θεμελιώδη σωματίδια έχει μακρά ιστορία. Σήμερα, υπάρχουν τρία στάδια στην ανάπτυξη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.

Ας ανοίξουμε το σχολικό βιβλίο. Ας γνωρίσουμε τα ονόματα των σταδίων και τα χρονικά πλαίσια.

Προβλεπόμενη δραστηριότητα μαθητή:

Στάδιο 1. Από το ηλεκτρόνιο στο ποζιτρόνιο: 1897 - 1932.

Στάδιο 2. Από το ποζιτρόνιο στα κουάρκ: 1932 - 1964.

Στάδιο 3. Από την υπόθεση του κουάρκ (1964) μέχρι σήμερα.

Δραστηριότητες δασκάλου:

Στάδιο 1.

Στοιχειώδες, δηλ. το πιο απλό, πιο αδιαίρετο, έτσι φανταζόταν το άτομο ο διάσημος αρχαίος Έλληνας επιστήμονας Δημόκριτος. Επιτρέψτε μου να σας υπενθυμίσω ότι η λέξη "άτομο" στη μετάφραση σημαίνει "αδιαίρετο". Για πρώτη φορά, η ιδέα της ύπαρξης μικροσκοπικών, αόρατων σωματιδίων που αποτελούν όλα τα γύρω αντικείμενα εκφράστηκε από τον Δημόκριτο 400 χρόνια π.Χ. Η επιστήμη άρχισε να χρησιμοποιεί την ιδέα των ατόμων μόνο στις αρχές του 19ου αιώνα, όταν σε αυτή τη βάση ήταν δυνατό να εξηγηθούν ορισμένα χημικά φαινόμενα. Και στα τέλη αυτού του αιώνα ανακαλύφθηκε η πολύπλοκη δομή του ατόμου. Το 1911 ανακαλύφθηκε ο ατομικός πυρήνας (E. Rutherford) και τελικά αποδείχθηκε ότι τα άτομα έχουν πολύπλοκη δομή.

Ας θυμηθούμε παιδιά: ποια σωματίδια αποτελούν μέρος του ατόμου και τα χαρακτηρίζουμε εν συντομία;

Προβλεπόμενη δραστηριότητα μαθητή:

Δραστηριότητες δασκάλου:παιδιά, ίσως κάποιοι από εσάς θυμάστε: από ποιον και σε ποια χρόνια ανακαλύφθηκαν το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο και το νετρόνιο;

Προβλεπόμενη δραστηριότητα μαθητή:

Ηλεκτρόνιο. Το 1898, ο J. Thomson απέδειξε την πραγματικότητα της ύπαρξης ηλεκτρονίων. Το 1909, ο R. Millikan μέτρησε για πρώτη φορά το φορτίο ενός ηλεκτρονίου.

Πρωτόνιο. Το 1919, ο E. Rutherford, ενώ βομβάρδιζε άζωτο με σωματίδια, ανακάλυψε ένα σωματίδιο του οποίου το φορτίο ήταν ίσο με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου και του οποίου η μάζα ήταν 1836 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου. Το σωματίδιο ονομάστηκε πρωτόνιο.

Νετρόνιο. Ο Ράδερφορντ πρότεινε επίσης την ύπαρξη ενός σωματιδίου χωρίς φορτίο του οποίου η μάζα είναι ίση με τη μάζα ενός πρωτονίου.

Το 1932, ο D. Chadwick ανακάλυψε το σωματίδιο που είχε προτείνει ο Rutherford και το ονόμασε νετρόνιο.

Δραστηριότητες δασκάλου:Μετά την ανακάλυψη του πρωτονίου και του νετρονίου, έγινε σαφές ότι οι πυρήνες των ατόμων, όπως και τα ίδια τα άτομα, έχουν πολύπλοκη δομή. Προέκυψε η θεωρία πρωτονίων-νετρονίων για τη δομή των πυρήνων (D. D. Ivanenko και V. Heisenberg).

Στη δεκαετία του '30 του 19ου αιώνα, στη θεωρία της ηλεκτρόλυσης που ανέπτυξε ο M. Faraday, εμφανίστηκε η έννοια του -ιόντος και μετρήθηκε το στοιχειώδες φορτίο. Το τέλος του 19ου αιώνα - εκτός από την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου, σημαδεύτηκε από την ανακάλυψη του φαινομένου της ραδιενέργειας (A. Becquerel, 1896). Το 1905, η ιδέα των κβαντών ηλεκτρομαγνητικού πεδίου - φωτονίων (Α. Αϊνστάιν) προέκυψε στη φυσική.

Ας θυμηθούμε: τι είναι ένα φωτόνιο;

Προβλεπόμενη δραστηριότητα μαθητή: Φωτόνιο(ή κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο φωτός, ηλεκτρικά ουδέτερο, χωρίς μάζα ηρεμίας, αλλά με ενέργεια και ορμή.

Δραστηριότητες δασκάλου:τα ανοιχτά σωματίδια θεωρούνταν αδιαίρετες και αμετάβλητες πρωταρχικές ουσίες, τα βασικά δομικά στοιχεία του σύμπαντος. Ωστόσο, αυτή η γνώμη δεν κράτησε πολύ.

Στάδιο 2.

Στη δεκαετία του 1930, ανακαλύφθηκαν και μελετήθηκαν οι αμοιβαίοι μετασχηματισμοί πρωτονίων και νετρονίων, και έγινε σαφές ότι αυτά τα σωματίδια δεν είναι επίσης τα αμετάβλητα στοιχειώδη «δομικά στοιχεία» της φύσης.

Επί του παρόντος, είναι γνωστά περίπου 400 υποπυρηνικά σωματίδια (τα σωματίδια που αποτελούν τα άτομα, τα οποία συνήθως ονομάζονται στοιχειώδη). Η συντριπτική πλειονότητα αυτών των σωματιδίων είναι ασταθή (τα στοιχειώδη σωματίδια μετατρέπονται το ένα στο άλλο).

Οι μόνες εξαιρέσεις είναι το φωτόνιο, το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο και το νετρίνο.

Το φωτόνιο, το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο και το νετρίνο είναι σταθερά σωματίδια (σωματίδια που μπορούν να υπάρχουν σε ελεύθερη κατάσταση επ' αόριστον), αλλά καθένα από αυτά, όταν αλληλεπιδρά με άλλα σωματίδια, μπορεί να μετατραπεί σε άλλα σωματίδια.

Όλα τα άλλα σωματίδια, σε ορισμένα χρονικά διαστήματα, υφίστανται αυθόρμητους μετασχηματισμούς σε άλλα σωματίδια, και αυτό είναι το κύριο γεγονός της ύπαρξής τους.

Ανέφερα ένα ακόμη σωματίδιο - το νετρίνο. Ποια είναι τα κύρια χαρακτηριστικά αυτού του σωματιδίου; Από ποιον και πότε ανακαλύφθηκε;

Προβλεπόμενη δραστηριότητα του μαθητή: Το νετρίνο είναι ένα σωματίδιο χωρίς ηλεκτρικό φορτίο και η μάζα ηρεμίας του είναι 0. Η ύπαρξη αυτού του σωματιδίου είχε προβλεφθεί το 1931 από τον W. Pauli και το 1955, το σωματίδιο καταγράφηκε πειραματικά. Εκδηλώνεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης νετρονίων:

Δραστηριότητες δασκάλου:Τα ασταθή στοιχειώδη σωματίδια διαφέρουν πολύ στη διάρκεια ζωής τους.

Το σωματίδιο με τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής είναι το νετρόνιο. Η διάρκεια ζωής των νετρονίων είναι περίπου 15 λεπτά.

Άλλα σωματίδια «ζουν» για πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα.

Υπάρχουν πολλές δεκάδες σωματίδια με διάρκεια ζωής που υπερβαίνει τα 10 -17 δευτερόλεπτα. Στην κλίμακα του μικρόκοσμου, αυτή είναι μια σημαντική στιγμή. Τέτοια σωματίδια ονομάζονται σχετικά σταθερό .

Η πλειοψηφία βραχύβια Τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν διάρκεια ζωής της τάξης των 10 -22 -10 -23 s.

Η ικανότητα για αμοιβαίους μετασχηματισμούς είναι η πιο σημαντική ιδιότητα όλων των στοιχειωδών σωματιδίων.

Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι ικανά να γεννηθούν και να καταστραφούν (εκπέμπονται και απορροφώνται). Αυτό ισχύει και για τα σταθερά σωματίδια, με τη μόνη διαφορά ότι οι μετασχηματισμοί των σταθερών σωματιδίων δεν συμβαίνουν αυθόρμητα, αλλά μέσω αλληλεπίδρασης με άλλα σωματίδια.

Ένα παράδειγμα θα ήταν εκμηδένιση (δηλ. εξαφάνιση) ηλεκτρόνιο και ποζιτρόνιο, που συνοδεύονται από τη γέννηση φωτονίων υψηλής ενέργειας.

Το ποζιτρόνιο είναι (ένα αντισωματίδιο ενός ηλεκτρονίου) ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο που έχει την ίδια μάζα και το ίδιο (σε απόλυτη τιμή) φορτίο με ένα ηλεκτρόνιο. Θα μιλήσουμε για τα χαρακτηριστικά του με περισσότερες λεπτομέρειες στο επόμενο μάθημα. Ας πούμε ότι η ύπαρξη του ποζιτρονίου είχε προβλεφθεί από τον P. Dirac το 1928, και ανακαλύφθηκε το 1932 σε κοσμικές ακτίνες από τον K. Anderson.

Το 1937, σωματίδια με μάζα 207 μάζες ηλεκτρονίων ανακαλύφθηκαν στις κοσμικές ακτίνες, που ονομάζονται μιόνια (-μεσόνια). Η μέση διάρκεια ζωής ενός μεσονίου είναι 2,2 * 10 -6 δευτ.

Μετά το 1947-1950 άνοιξαν παιώνιες (δηλ. -μεσόνια).Η μέση διάρκεια ζωής ενός ουδέτερου -μεσονίου είναι 0,87·10 -16 s.

Τα επόμενα χρόνια, ο αριθμός των σωματιδίων που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα άρχισε να αυξάνεται γρήγορα. Αυτό διευκολύνθηκε από την έρευνα στις κοσμικές ακτίνες, την ανάπτυξη τεχνολογίας επιταχυντών και τη μελέτη των πυρηνικών αντιδράσεων.

Οι σύγχρονοι επιταχυντές είναι απαραίτητοι για τη διεξαγωγή της διαδικασίας δημιουργίας νέων σωματιδίων και τη μελέτη των ιδιοτήτων των στοιχειωδών σωματιδίων. Τα αρχικά σωματίδια επιταχύνονται στον επιταχυντή σε υψηλές ενέργειες «σε πορεία σύγκρουσης» και συγκρούονται μεταξύ τους σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Εάν η ενέργεια των σωματιδίων είναι υψηλή, τότε κατά τη διαδικασία της σύγκρουσης γεννιούνται πολλά νέα σωματίδια, συνήθως ασταθή. Αυτά τα σωματίδια, διασκορπισμένα από το σημείο της σύγκρουσης, αποσυντίθενται σε πιο σταθερά σωματίδια, τα οποία καταγράφονται από ανιχνευτές. Για κάθε τέτοια πράξη σύγκρουσης (οι φυσικοί λένε: για κάθε γεγονός) - και καταγράφονται σε χιλιάδες ανά δευτερόλεπτο! -Οι πειραματιστές ως αποτέλεσμα καθορίζουν κινηματικές μεταβλητές: τις τιμές των παλμών και των ενεργειών των «συλλαμβανόμενων» σωματιδίων, καθώς και τις τροχιές τους (βλ. εικόνα στο σχολικό βιβλίο). Συλλέγοντας πολλά συμβάντα του ίδιου τύπου και μελετώντας τις κατανομές αυτών των κινηματικών μεγεθών, οι φυσικοί ανασυνθέτουν πώς συνέβη η αλληλεπίδραση και σε ποιον τύπο σωματιδίων μπορούν να αποδοθούν τα προκύπτοντα σωματίδια.

Στάδιο 3.

Τα στοιχειώδη σωματίδια συνδυάζονται σε τρεις ομάδες: φωτόνια , λεπτόνια Και αδρόνια (Παράρτημα 2).

Παιδιά, αναφέρετε μου τα σωματίδια που ανήκουν στην ομάδα των φωτονίων.

Προβλεπόμενη δραστηριότητα μαθητή:Στην ομάδα φωτόνιααναφέρεται σε ένα μόνο σωματίδιο - ένα φωτόνιο

Δραστηριότητες δασκάλου:η επόμενη ομάδα αποτελείται από σωματίδια φωτός λεπτόνια.

Προβλεπόμενη δραστηριότητα των μαθητών: αυτή η ομάδα περιλαμβάνει δύο τύπους νετρίνων (ηλεκτρόνιο και μιόνιο), ηλεκτρόνιο και β-μεσόνιο

Δραστηριότητες δασκάλου:Τα λεπτόνια περιλαμβάνουν επίσης έναν αριθμό σωματιδίων που δεν αναφέρονται στον πίνακα.

Η τρίτη μεγάλη ομάδα αποτελείται από βαριά σωματίδια που ονομάζονται αδρόνια. Αυτή η ομάδα χωρίζεται σε δύο υποομάδες. Τα ελαφρύτερα σωματίδια σχηματίζουν μια υποομάδα μεσόνια .

Προβλεπόμενη δραστηριότητα μαθητή: τα ελαφρύτερα από αυτά είναι θετικά και αρνητικά φορτισμένα, καθώς και ουδέτερα -μεσόνια. Τα πιόνια είναι κβάντα του πυρηνικού πεδίου.

Δραστηριότητες δασκάλου:δεύτερη υποομάδα - βαρυόνια - περιλαμβάνει βαρύτερα σωματίδια. Είναι το πιο εκτεταμένο.

Προβλεπόμενη δραστηριότητα μαθητή:Τα ελαφρύτερα βαρυόνια είναι τα νουκλεόνια - πρωτόνια και νετρόνια.

Δραστηριότητες δασκάλου:ακολουθούνται από τα λεγόμενα υπερώνια. Το Ωμέγα-μείον-υπερόν, που ανακαλύφθηκε το 1964, κλείνει τον πίνακα.

Η αφθονία των αδρονίων που ανακαλύφθηκαν και πρόσφατα ανακαλύφθηκαν οδήγησε τους επιστήμονες να πιστέψουν ότι όλα κατασκευάστηκαν από κάποια άλλα πιο θεμελιώδη σωματίδια.

Το 1964, ο Αμερικανός φυσικός M. Gell-Man διατύπωσε μια υπόθεση, που επιβεβαιώθηκε από μεταγενέστερες έρευνες, ότι όλα τα βαριά θεμελιώδη σωματίδια - αδρόνια - κατασκευάζονται από πιο θεμελιώδη σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ.

Από δομική άποψη, τα στοιχειώδη σωματίδια που συνθέτουν τους ατομικούς πυρήνες (νουκλεόνια) και γενικά όλα τα βαριά σωματίδια - αδρόνια (βαρυόνια και μεσόνια) - αποτελούνται από ακόμη πιο απλά σωματίδια, τα οποία συνήθως ονομάζονται θεμελιώδη. Αυτός ο ρόλος των πραγματικά θεμελιωδών πρωτογενών στοιχείων της ύλης παίζεται από τα κουάρκ, το ηλεκτρικό φορτίο των οποίων είναι ίσο με +2/3 ή -1/3 του μοναδιαίου θετικού φορτίου ενός πρωτονίου.

Τα πιο κοινά και ελαφρά κουάρκ ονομάζονται πάνω και κάτω και ονομάζονται, αντίστοιχα, u (από τα αγγλικά πάνω) και d (κάτω). Μερικές φορές ονομάζονται επίσης κουάρκ πρωτονίων και νετρονίων λόγω του γεγονότος ότι το πρωτόνιο αποτελείται από έναν συνδυασμό uud και το νετρόνιο - udd. Το κορυφαίο κουάρκ έχει φορτίο +2/3. κάτω - αρνητικό φορτίο -1/3. Δεδομένου ότι ένα πρωτόνιο αποτελείται από δύο κουάρκ επάνω και ένα κάτω κουάρκ και ένα νετρόνιο αποτελείται από ένα κουάρκ επάνω και δύο προς τα κάτω, μπορείτε ανεξάρτητα να επαληθεύσετε ότι το συνολικό φορτίο ενός πρωτονίου και νετρονίου είναι αυστηρά ίσο με 1 και 0.

Τα άλλα δύο ζεύγη κουάρκ είναι μέρος πιο εξωτικών σωματιδίων. Τα κουάρκ από το δεύτερο ζεύγος ονομάζονται γοητευμένα - c (από γοητευμένα) και παράξενα - s (από περίεργα).

Το τρίτο ζεύγος αποτελείται από true - t (από την αλήθεια, ή στην αγγλική παράδοση top) και beautiful - b (από beauty, ή στην αγγλική παράδοση bottom) κουάρκ.

Σχεδόν όλα τα σωματίδια που αποτελούνται από διάφορους συνδυασμούς κουάρκ έχουν ήδη ανακαλυφθεί πειραματικά

Με την αποδοχή της υπόθεσης του κουάρκ, κατέστη δυνατή η δημιουργία ενός αρμονικού συστήματος στοιχειωδών σωματιδίων. Πολυάριθμες έρευνες για κουάρκ σε ελεύθερη κατάσταση, που πραγματοποιήθηκαν σε επιταχυντές υψηλής ενέργειας και σε κοσμικές ακτίνες, ήταν ανεπιτυχείς. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ένας από τους λόγους για τη μη παρατηρησιμότητα των ελεύθερων κουάρκ είναι ίσως οι πολύ μεγάλες μάζες τους. Αυτό αποτρέπει τη γέννηση κουάρκ στις ενέργειες που επιτυγχάνονται στους σύγχρονους επιταχυντές.

Ωστόσο, τον Δεκέμβριο του 2006, ένα περίεργο μήνυμα σχετικά με την ανακάλυψη των «ελεύθερων κορυφαίων κουάρκ» μεταδόθηκε σε επιστημονικά πρακτορεία ειδήσεων και μέσα ενημέρωσης.

4. Αρχικός έλεγχος κατανόησης.

Δραστηριότητες δασκάλου:Λοιπόν παιδιά, καλύψαμε:

• κύρια στάδια στην ανάπτυξη της σωματιδιακής φυσικής
• ανακάλυψε ποιο σωματίδιο ονομάζεται στοιχειώδες
• εξοικειώθηκε με την τυπολογία των σωματιδίων.

Στο επόμενο μάθημα θα δούμε:

• λεπτομερέστερη ταξινόμηση των στοιχειωδών σωματιδίων
• είδη αλληλεπιδράσεων στοιχειωδών σωματιδίων
• αντισωματίδια.

Και τώρα σας προτείνω να κάνετε ένα τεστ για να αναβιώσετε στη μνήμη σας τα κύρια σημεία της ύλης που μελετήσαμε (Παράρτημα 3).

5. Συνοψίζοντας το μάθημα.

Δραστηριότητες δασκάλου: Βαθμολογία στους πιο δραστήριους μαθητές.

6. Εργασία για το σπίτι

Δραστηριότητες δασκάλου:

1. πρ. 115, σ. 347

2. περίγραμμα της παραγράφου σύμφωνα με το σχέδιο που καταγράφηκε στο μάθημα.

Πίσω μπροστά

Προσοχή! Οι προεπισκοπήσεις διαφανειών είναι μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς και ενδέχεται να μην αντιπροσωπεύουν όλα τα χαρακτηριστικά της παρουσίασης. Εάν ενδιαφέρεστε για αυτό το έργο, κατεβάστε την πλήρη έκδοση.

Το μάθημα διεξάγεται στην 11η τάξη και έχει σχεδιαστεί για 2 ακαδημαϊκές ώρες και χωρίζεται σε πολλά τμήματα:

• χαρακτηριστικά που περιγράφουν την κατάσταση ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο.

Κάθε ένα από αυτά τα μπλοκ μπορεί να εξεταστεί τόσο μεμονωμένα όσο και συλλογικά. Έτσι, το μπλοκ «Στάδια ανάπτυξης της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων» (Διαφάνειες 1-5) μπορεί να ληφθεί υπόψη στην 9η τάξη κατά τη μελέτη του σχετικού θέματος σε εισαγωγικό επίπεδο. Επίσης στην τάξη 9, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το μπλοκ "Μέθοδοι καταχώρισης στοιχειωδών σωματιδίων" (Διαφάνειες 29-31) όταν οργανώνετε την εργασία των μαθητών με το σχολικό βιβλίο. Το μπλοκ «Τύποι αλληλεπίδρασης και οι ιδιότητές τους» (Διαφάνειες 11-15) μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα πρώτα μαθήματα της 10ης τάξης.

Πριν μελετήσουν το θέμα στην 11η τάξη (μια εβδομάδα), οι μαθητές έχουν την αποστολή να προετοιμάσουν μηνύματα στους ακόλουθους τομείς:

• στάδια ανάπτυξης της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων.
• τύποι αλληλεπιδράσεων και οι ιδιότητές τους·
• μέθοδοι καταγραφής στοιχειωδών σωματιδίων.

Έχουν ήδη μελετήσει αυτά τα θέματα νωρίτερα (τάξεις 9-10), επομένως η προετοιμασία δεν απαιτεί πολύ χρόνο και συνήθως δεν εγείρει ερωτήματα. Κατά τη διάρκεια του μαθήματος, οι μαθητές κρατούν σημειώσεις στα βιβλία εργασίας τους με βάση μηνύματα και διαφάνειες παρουσίασης. Το μπλοκ «Χαρακτηριστικά που περιγράφουν την κατάσταση ενός ηλεκτρονίου σε άτομα» συζητείται σε μορφή διάλεξης. Καθώς η διάλεξη προχωρά, οι μαθητές σημειώνουν μόνο τα ονόματα των χαρακτηριστικών.

Μεταχειρισμένα βιβλία:

1. Δημοτικό εγχειρίδιο φυσικής, εκδ. ακαδ. Γ.Σ. Landsberg. Τόμος 3. Μ.: «Επιστήμη», 1975
2. Β.Μ. Yavorsky, A.A. Detlafμάθημα φυσικής. Τόμος 3. Μ.: «Γυμνάσιο», 1971
3. Β.Μ. Yavorsky, A.A. DetlafΦυσική: Για μαθητές γυμνασίου και για όσους εισέρχονται σε πανεπιστήμια. Μ.: «Bustard», 2000
4. Ο δάσκαλός σας. Η φυσικη. Διαδραστικές διαλέξεις. Disc 1. Multimedia Technologies and Distance Learning LLC, 2003
5. L.Ya. ΜπορέφσκιΜάθημα Φυσικής για τον 21ο αιώνα. Μ.: “MediaHouse”, 2003

Θέμα μαθήματος:"Στοιχειώδη σωματίδια και οι ιδιότητές τους"

Σκοπός του μαθήματος:

• Εκπαιδευτικός: λάβετε μαθητές που έχουν κατακτήσει τις ακόλουθες γνώσεις:

  • στον μικρόκοσμο, διακρίνονται τρία επίπεδα, που διαφέρουν σε χαρακτηριστικές κλίμακες και ενέργειες (μοριακό-ατομικό, πυρηνικό, επίπεδο στοιχειωδών σωματιδίων).
  • Στη φύση υπάρχουν περίπου 400 διαφορετικά στοιχειώδη σωματίδια (μαζί με αντισωματίδια).
  • Υπάρχουν 4 τύποι θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων (ισχυρές, ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς, βαρυτικές)
  • Η ισχυρή αλληλεπίδραση είναι χαρακτηριστική των βαρέων σωματιδίων. Στην ηλεκτρομαγνητική, μόνο ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια εμπλέκονται άμεσα. Η ασθενής αλληλεπίδραση είναι χαρακτηριστική για όλα τα σωματίδια εκτός από τα φωτόνια. Η βαρυτική αλληλεπίδραση είναι εγγενής σε όλα τα σώματα του Σύμπαντος και εκδηλώνεται με τη μορφή καθολικών βαρυτικών δυνάμεων.
  • Οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις διαφέρουν ως προς την ένταση, το εύρος δράσης, τους χαρακτηριστικούς χρόνους, καθώς και τους εγγενείς νόμους διατήρησης τους.
  • όλα τα στοιχειώδη σωματίδια χωρίζονται σε λεπτόνια (θεμελιώδη) και αδρόνια (σύνθετα).
  • Τα αδρόνια χωρίζονται σε μεσόνια και βαρυόνια.
• Αναπτυξιακή: λάβετε μαθητές που έχουν μάθει τις ακόλουθες δραστηριότητες:
  • αναγνωρίζουν διαφορετικούς τύπους θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων από τα χαρακτηριστικά τους·
  • πραγματοποιεί ταξινόμηση των στοιχειωδών σωματιδίων.
  • καταγράψτε τις αντιδράσεις μετασχηματισμών στοιχειωδών σωματιδίων λαμβάνοντας υπόψη τους νόμους διατήρησης.
  • Περιγράψτε το σχεδιασμό και την αρχή της λειτουργίας των οργάνων για την εγγραφή στοιχειωδών σωματιδίων.
• Εκπαιδευτικός: πειστούν οι μαθητές ότι:
  • Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια μεταμορφώνονται το ένα στο άλλο, και αυτοί οι αμοιβαίοι μετασχηματισμοί είναι το κύριο γεγονός της ύπαρξής τους.
  • Η αναγνώριση του γενικού μηχανισμού (ανταλλαγής) όλων των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων δίνει ελπίδα για τη δυνατότητα κατασκευής μιας ενοποιημένης θεωρίας που εξηγεί την εικόνα του κόσμου.
  • Τα συστατικά μέρη της ύλης είναι: 6 τύποι κουάρκ και 6 λεπτόνια, η αλληλεπίδραση μεταξύ των οποίων πραγματοποιείται λόγω της ανταλλαγής των αντίστοιχων φορέων αλληλεπίδρασης (φωτόνιο, 8 γκλουόνια, 3 ενδιάμεσα μποζόνια και ένα γκραβιτόνιο)

Τύπος μαθήματος:σε συνδυασμό.

Εξοπλισμός:προβολέας πολυμέσων, οθόνη, υπολογιστής, πίνακας "Μέθοδοι καταχώρισης σωματιδίων", πίνακας "Βασικές αλληλεπιδράσεις", φυλλάδια ( Παράρτημα 1 , Παράρτημα 2 )

Πλάνο μαθήματος:

Ι. Ενεργοποίηση γνώσης

Η εναρκτήρια ομιλία του δασκάλου για την ανάγκη κατανόησης της επιστημονικής εικόνας του κόσμου.

II. Απόκτηση γνώσεων

1) Μήνυμα μαθητή «Στάδια ανάπτυξης της σωματιδιακής φυσικής» (Διαφάνειες 1-5)
2) Διάλεξη «Κατάσταση ηλεκτρονίου σε άτομο» (Διαφάνειες 6-10)
3) Μήνυμα "Τύποι αλληλεπιδράσεων" (Διαφάνειες 11-15)
4) Διάλεξη «Χαρακτηριστικά στοιχειωδών σωματιδίων» (Διαφάνειες 16-28)
5) Μήνυμα μαθητή «Μέθοδοι καταγραφής στοιχειωδών σωματιδίων» (Διαφάνειες 29-31)

3) Εξηγήστε τη δυνατότητα των παρουσιαζόμενων αντιδράσεων από την άποψη των νόμων διατήρησης του φορτίου (οι αντιδράσεις επιλέγονται κατά την κρίση του δασκάλου). Χρήση δεδομένων πίνακα ( Παράρτημα 1 )

4) Χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης του φορτίου, πίνακας 2 ( Παράρτημα 1 ) Και Παράρτημα 2 , εξηγήστε τη σύνθεση κουάρκ ορισμένων αδρονίων (κατά την κρίση του δασκάλου)

IV. Έλεγχος γνώσης

Ασκηση 1.

Με βάση τις προτεινόμενες ιδιότητες, προσδιορίστε σε ποιον τύπο ανήκουν οι παρουσιαζόμενες αλληλεπιδράσεις.

Τύπος αλληλεπίδρασης	Ενταση	Χαρακτηριστικός χρόνος, σ
	1/137	~10-20
	~1	~ 10-23
	~ 10-38	?
	~ 10-10	~

Εργασία 2.

Οι φορείς του τύπου αλληλεπίδρασης είναι:

• Γλουόνια
• Ενδιάμεσα μποζόνια
• Φωτόνια
• Gravitons

Εργασία 3.

Ποιο είναι το εύρος κάθε αλληλεπίδρασης;

V. Εργασία για το σπίτι

§§ 115, 116, περίληψη του Κεφαλαίου 14

\ Για καθηγητή φυσικής

Όταν χρησιμοποιείτε υλικά από αυτόν τον ιστότοπο - και η τοποθέτηση banner είναι ΥΠΟΧΡΕΩΤΙΚΗ!!!

Υλικά που εστάλησαν από: Khasan Aliyev Δημοτικό εκπαιδευτικό ίδρυμα δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στο χωριό Karasu, περιοχή Chereksky, KBR S. Karasu

Κύρια ιστορικά στάδια στην ανάπτυξη της σωματιδιακής φυσικής: το πρώτο - από το ηλεκτρόνιο στο ποζιτρόνιο, το δεύτερο - από το ποζιτρόνιο στα κουάρκ, το τρίτο - από την υπόθεση του κουάρκ μέχρι σήμερα. Η έννοια των στοιχειωδών σωματιδίων. Οι αμοιβαίες μεταμορφώσεις τους.

Στόχοι:

• «Συνοψίστε και συστηματοποιήστε το υλικό για αυτό το θέμα.
• «Να αναπτύξουν αφηρημένη, οικολογική και επιστημονική σκέψη των μαθητών με βάση ιδέες για στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους.

Τύπος μαθήματος:,συστηματοποίηση και γενίκευση.

Φόρμα μαθήματος: διάλεξη με στοιχεία συνομιλίας και ανεξάρτητης εργασίας.

Διδακτική Μέθοδος: διαλογικό, διεγερτικό.

ΚΑΤΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

• Ι. Οργανωτική στιγμή.
• Πλάνο μαθήματος:
• 1) Ιστορική εκδρομή.
• 2) Ανεξάρτητη εργασία μαθητών για τον εντοπισμό 3 σταδίων ανάπτυξης απόψεων για στοιχειώδη σωματίδια
• 3) Ο ρόλος των στοιχειωδών σωματιδίων στη ζωή μας
• II. Διάλεξη.

Θα σου κάνω μια ερώτηση τώρα. Πόσα γράμματα υπάρχουν στο ρωσικό αλφάβητο; Σωστά - 33 γράμματα, αλλά μπορούμε να φτιάξουμε λέξεις από αυτά, από λέξεις - προτάσεις, από προτάσεις - ιστορίες. Εκείνοι. Η λέξη είναι η βάση της επικοινωνίας μας, οπότε ξεκίνησα τη συνάντησή μας με ένα τραγούδι. Αλλά μιλάω για κάτι άλλο τώρα, γιατί είμαστε σε μάθημα φυσικής, όχι λογοτεχνίας, και συγκεκριμένα σωματιδιακή φυσική. Πώς σχετίζεται αυτό, ρωτάτε; Και είναι πολύ απλό! Ας δούμε τον περιοδικό πίνακα. Πόσα στοιχεία υπάρχουν;

Ναί. Μόνο 92. Πώς; Υπάρχει περισσότερο; Είναι αλήθεια, αλλά όλα τα υπόλοιπα λαμβάνονται τεχνητά· δεν υπάρχουν στη φύση. Ποιος θα μπορούσε να τα απαριθμήσει τώρα; Είναι κρίμα. Σε ένα από τα προγράμματα "Gold Rush", ο παίκτης έλαβε 1 κιλό χρυσό για αυτή τη γνώση!

Άρα - 92 άτομα. Μπορείτε επίσης να φτιάξετε λέξεις από αυτές: μόρια, δηλ. ουσίες! Σαν λέξεις! Παράδειγμα - 2 άτομα υδρογόνου, 1 άτομο οξυγόνου! Τι είναι αυτό? Νερό. Το γεγονός όμως ότι όλες οι ουσίες αποτελούνται από άτομα το δήλωσε ο Δημόκριτος (400 π.Χ.). Ήταν ένας μεγάλος ταξιδιώτης και η αγαπημένη του ρήση ήταν: «Τίποτα δεν υπάρχει εκτός από άτομα και καθαρό διάστημα, όλα τα άλλα είναι θέα».

Ετσι: ΑΤΟΜ – ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΣ(το δομικό στοιχείο του σύμπαντος).

Λιγότερο από 2000 χρόνια αργότερα, ο Thomson αναλαμβάνει τη σκυτάλη.

THOMSON - ΗΛΕΚΤΡΟΝ. Αρχές 20ου αιώνα.

RUTHERFORD - PROTON

CHADWICK - ΝΕΤΡΟΝΙΟ

Η ιστορία της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων υπολογίζεται συμβατικά από την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου. Στη συνέχεια αποσαφηνίστηκε η δομή του ατομικού πυρήνα - ανακαλύφθηκαν το πρωτόνιο (E. Rutherford, 1910) και το νετρόνιο (J. Chadwick, 1932). Το πρώτο στάδιο της ανάπτυξης της σωματιδιακής φυσικής ολοκληρώθηκε συμβατικά στα μέσα της δεκαετίας του 1930. Μέχρι εκείνη τη στιγμή, ο κατάλογος των στοιχειωδών σωματιδίων ήταν μικρός: τρία σωματίδια - το ηλεκτρόνιο e-, το πρωτόνιο p και το νετρόνιο n - αποτελούν μέρος όλων των ατόμων. συμμετέχει το φωτόνιο g (κβαντικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο).

αλληλεπίδραση φορτισμένων σωματιδίων και διαδικασίες εκπομπής και απορρόφησης φωτός. Η πιο σημαντική θεωρητική ανακάλυψη ήταν η πρόβλεψη το 1929 από τον P. Dirac για την ύπαρξη αντισωματιδίων (σωματίδια που έχουν την ίδια μάζα και σπιν, αλλά αντίθετες τιμές φορτίων όλων των τύπων, βλέπε παρακάτω). Το 1932, ανακαλύφθηκε το πρώτο αντισωματίδιο - το ποζιτρόνιο e+. Τέλος, ενώ μελετούσε τις ιδιότητες της β-διάσπασης των πυρήνων, ο W. Pauli προέβλεψε το 1930 την ύπαρξη ενός άλλου σωματιδίου - του n νετρίνου. Τα επιχειρήματα του Pauli ήταν τόσο πειστικά που, αν και η ανίχνευση των νετρίνων ήταν στην πραγματικότητα δυνατή μόνο το 1956, κανείς δεν αμφισβήτησε την ύπαρξη αυτού του σωματιδίου αμέσως μετά την έκφραση της υπόθεσής του από τον Pauli.

Έχετε έναν πίνακα με στοιχειώδη σωματίδια στα γραφεία σας. Ας βρούμε αυτά τα σωματίδια και ας τα χαρακτηρίσουμε.

1928- Ο Ντιράκ και ο Άντερσον ανακαλύπτουν το ποζιτρόνιο, το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου. Και τότε ο μεγάλος Αϊνστάιν αποφάσισε να βοηθήσει και προσφέρει το φωτόνιο «του».

1931- Ο Pauli ανακαλύπτει τα νετρίνα και τα αντινετρίνα. Μέχρι το 1935, είχε διαμορφωθεί ένα περισσότερο ή λιγότερο συνεκτικό σύστημα. Υπήρξε μια ηρεμία στην ανακάλυψη στοιχειωδών σωματιδίων. Αλλά δεν ήταν εκεί!

1935- Ο Yukawa ανακαλύπτει το πρώτο μεσόνιο.

«...νόμιζα ότι είχα φτάσει στον πάτο...αλλά ακούστηκε ένα χτύπημα από κάτω...» Σ. Λεμ

Το δεύτερο στάδιο στην ανάπτυξη της σωματιδιακής φυσικής ξεκίνησε μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο με την ανακάλυψη το 1947 του μεσονίου p στις κοσμικές ακτίνες. Από φέτος, έχουν ανακαλυφθεί περισσότερα από εκατό στοιχειώδη σωματίδια.

Κατά τη διάρκεια περίπου δεκαπέντε ετών (μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1960), χάρη στην πρόοδο στη δημιουργία επιταχυντών και οργάνων ανίχνευσης σωματιδίων, ανακαλύφθηκαν αρκετές εκατοντάδες νέα στοιχειώδη σωματίδια, με μάζες που κυμαίνονται από 140 MeV έως 2 GeV.

Όλα αυτά τα σωματίδια ήταν ασταθή, δηλ. διασπάστηκε σε σωματίδια με μικρότερη μάζα, και τελικά έγιναν σταθερά πρωτόνια, ηλεκτρόνια, φωτόνια και νετρίνα (και τα αντισωματίδια τους). Όλα φαίνονταν εξίσου στοιχειώδη, αφού σε διαφορετικά πειράματα ήταν δυνατό να δημιουργηθεί οποιοδήποτε από τα ανοιχτά σωματίδια στο

η διαδικασία της σύγκρουσης άλλων σωματιδίων. Οι θεωρητικοί φυσικοί αντιμετώπισαν το πιο δύσκολο έργο να παραγγείλουν ολόκληρο τον ανακαλυφθέν «ζωολογικό κήπο» σωματιδίων και να προσπαθήσουν να μειώσουν τον αριθμό των θεμελιωδών σωματιδίων στο ελάχιστο, αποδεικνύοντας ότι άλλα σωματίδια αποτελούνται από θεμελιώδη σωματίδια.

Το τρίτο στάδιο στην ανάπτυξη της σωματιδιακής φυσικής ξεκίνησε το 1962, όταν ο M. Gell-Mann και ανεξάρτητα ο J. Zweig πρότειναν ένα μοντέλο της δομής των ισχυρά αλληλεπιδρώντων σωματιδίων από θεμελιώδη σωματίδια - κουάρκ. Αυτό το μοντέλο έχει πλέον μετατραπεί σε μια συνεκτική θεωρία όλων των γνωστών τύπων αλληλεπιδράσεων σωματιδίων.

Μπορούμε να θεωρήσουμε ότι το τρίτο στάδιο τελείωσε το 1995 με την ανακάλυψη του τελευταίου από τα αναμενόμενα, του έκτου κουάρκ. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει ούτε ένα γνωστό πείραμα που να έρχεται σε αντίθεση με την υπάρχουσα θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων, που ονομάζεται πρότυπο μοντέλο, και δεν θα έβρισκε μια ποσοτική εξήγηση στο πλαίσιο αυτής της θεωρίας.

Ας δούμε τον πίνακα. Το τραπέζι προβάλλεται στην οθόνη από έναν προβολέα

Ονομάστε τις 4 κύριες κατηγορίες σωματιδίων:

• 1. Φωτόνια
• 2. Λεπτόνια
• 3. Μεσόνια
• 4. Βαρυόνια

Τι είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο; (Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι τα πρωτεύοντα, περαιτέρω αδιάσπαστα σωματίδια από τα οποία είναι δομημένη όλη η ύλη)

Τώρα ας περάσουμε στο επόμενο μέρος του μαθήματος. Χρησιμοποιώντας το σχολικό βιβλίο και τις υποστηρικτικές σημειώσεις, διακρίνετε ξεκάθαρα τα 3 στάδια ανάπτυξης της θεωρίας των στοιχειωδών σωματιδίων. Δείτε τις σημειώσεις και το σχολικό βιβλίο σας.

Η Asya εργάζεται στο διοικητικό συμβούλιο.

III. Ecopause.

Γιατί χρειαζόμαστε στοιχειώδη σωματίδια;

ΕΝΑ)Ας στραφούμε στην υποστηρικτική περίληψη. Ονομάστε 4 τύπους αλληλεπιδράσεων που υπάρχουν μεταξύ των σωματιδίων. (Βαρυτική (GV), εγγενής σε όλα τα σωματίδια χωρίς εξαίρεση (ακόμη και σε αυτά με μηδενική μάζα, αφού, γενικά μιλώντας, είναι η ενέργεια και όχι η μάζα που βαραίνει!). Ισχυρή (SV) , ενώνοντας τα κουάρκ σε αδρόνια - σωματίδια ισχυρής αλληλεπίδρασης, τα οποία χωρίζονται σε δύο ομάδες: βαρυόνια - σωματίδια με μισό ακέραιο σπιν, που αποτελούνται από τρία κουάρκ (B ~ qqq), και μεσόνια - σωματίδια με ακέραιο σπιν, που αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ (M ~ `qq) .Ηλεκτρομαγνητικό (EMW), υπεύθυνο για όλες τις διεργασίες που περιλαμβάνουν φωτόνια (δομή ατόμων, εκπομπή και απορρόφηση φωτός από άτομα, ατομική δομή και ιδιότητες της ύλης κ.λπ., μέχρι μακροσκοπικές εκδηλώσεις όπως η δύναμη τριβής εκδηλώνεται σε διεργασίες που περιλαμβάνουν νετρίνα και στις διαδικασίες διάσπασης ορισμένων αδρονίων.)

Η πιο όμορφη φόρμουλα στη φυσική!!!

E = mc2

Η μάζα είναι ενέργεια! Τι συμβαίνει; Μπορείτε να επιταχύνετε ένα φωτόνιο και να πάρετε την ύλη!

Μπορείτε να πάρετε την ύλη από την ενέργεια! Δείξτε το - κάντε μια προσπάθεια.

(Πες ένα από τα ενδιαφέροντα περιστατικά από τη ζωή του Αϊνστάιν).

ΣΙ)Εσείς και εγώ ζούμε σε ένα μέρος όπου υπάρχει 1 τηλεσκόπιο νετρίνων από τα 2 που υπάρχουν στον κόσμο. Το νετρίνο είναι ένα σωματίδιο που δεν αλληλεπιδρά ή αλληλεπιδρά πολύ ασθενώς με άλλα σωματίδια. Εμφανίστηκε τη στιγμή της γέννησης του Σύμπαντος και φέρει πολλές πληροφορίες. Πιάνονται με τηλεσκόπια. 1 σ.κ. = 5 νετρίνα.

ΣΕ)Υπάρχει μια τέτοια συσκευή - ένας τομογράφος ποζιτρονίων. Ένα άτομο εισπνέει ή εγχέει ένα ραδιενεργό στοιχείο στο αίμα, το οποίο εκπέμπει ποζιτρόνια· αυτά αντιδρούν με τα ηλεκτρόνια του σώματος. Εξουδετερώνουν και εκπέμπουν ακτίνες γάμμα, οι οποίες συλλαμβάνονται από ανιχνευτές.

Πες μου, χρησιμοποιώντας το σχολικό βιβλίο, τι είναι ο εκμηδενισμός;

ΣΟΛ)Και τώρα για τους κινδύνους που εγκυμονούν τα στοιχειώδη σωματίδια. Τα πολύ γρήγορα ηλεκτρόνια ή τα κβάντα γάμμα (τα οποία εμφανίζονται κατά την εκμηδένιση) μπορούν να σχηματίσουν έως και 5 δισεκατομμύρια ιόντα στο σώμα. Αυτά τα φορτισμένα ιόντα είναι επιβλαβή για το νευρικό μας σύστημα. Αν μπορούσαμε να «ακούμε» το νευρικό μας σύστημα, θα ακούγαμε ακριβώς τον ίδιο θόρυβο κροτάλισμα που ακούγεται όταν έρχονται παρεμβολές στον ραδιοφωνικό δέκτη. Αλλά σε μικρές, λογικές δόσεις, η έκθεση σε στοιχειώδη σωματίδια είναι ευεργετική.

ΡΕ)Ας δούμε το 2ο σημείο της υποστηρικτικής περίληψης. Αυτό το σημείο αφορά τα αντισωματίδια. Υπάρχει ύλη - υπάρχει αντιύλη. Μακάρι να βρίσκαμε τρόπο να τα συνδέσουμε! Θα μπορούσαμε τότε να καταστρέψουμε οποιαδήποτε βρωμιά από τη Γη και ακόμη και να λάβουμε την πιο καθαρή ενέργεια με τη μορφή γάμμα κβάντα. Εδώ είναι ένας άλλος τομέας στον οποίο μπορείτε να εφαρμόσετε τις γνώσεις σας. Τυφλό σημείο της επιστήμης - προχωρήστε!

IV. Περίληψη μαθήματος.

Μεταχειρισμένα βιβλία: Physics11 Myakishev, Bukhovtsev - Bustard., CD-disk open physics, Physics in pictures., Μάθημα για την ιστορία της φυσικής

Μάθημα φυσικής με θέμα: Στάδια ανάπτυξης της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων. Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων.

Σας άρεσε; Σας παρακαλούμε να μας ευχαριστήσετε! Είναι δωρεάν για εσάς και είναι μια μεγάλη βοήθεια για εμάς! Προσθέστε τον ιστότοπό μας στο κοινωνικό σας δίκτυο: