التعريف: الجسيمات الأولية
استدعاء مجموعة كبيرة
أصغر جزيئات المادة، لا
كونها ذرات أو ذرية
النوى.
الجسيمات الأولية:
الإلكترونات
البروتونات
النيوترينو
النيوترونات
الميونات
الميزونات
جزيئات غريبة
الأصداء
"جميل"
جزيئات
الفوتونات
جزيئات "مسحورة".

التعيين، الكتلة، الشحنة

جسيم
الإلكترون
رمز
0ه
-1
الوزن، كجم
تهمة، كل
9*10-31
-1,6*10-19
بروتون
1 ص
1
1,673*10-27
+1,6*10-19
نيوترون
1 ن
0
1,675*10-27
0
الفوتون
γ
0
0

العدد الهائل من الابتدائية
الجسيمات غير موجودة في الطبيعة، لأن
إنهم ليسوا مستقرين، يتم استقبالهم
المختبرات. الطريقة الرئيسية ل
الحصول على الاصطدام بسرعة
جزيئات مستقرة في التقدم
منها جزء من الطاقة الحركية
تتحول الجزيئات المتحركة إلى
طاقة الجزيئات الناتجة
جميع عمليات تحويل الجسيمات
الامتثال لقوانين الحفاظ (الطاقة،
دفعة وشحنة وعدد من الكميات الأخرى ،
خاصة بالجزيئات الأولية).

قابلية التحويل
الجسيمات الأولية – واحدة من
أهم الخصائص.
الفيزياء الحديثة
الجسيمات الأولية
ويسمى أيضا
فيزياء عالية
طاقة.

الفيزيائيون الأمريكيون م. جيلمان و
اقترح G. Zweig فرضية، وفقا ل
منها يتكون البروتون من ثلاثة
الرسوم: -e/3، +2e/3، +2e/3. الجسيمات مع
وكانت الشحنة الكسرية تسمى الكواركات.
النيوترونات، وفقا لهذه الفرضية،
ويتكون أيضًا من ثلاثة كواركات،
لها رسوم: -e/3، -e/3، +2e/3. لذا،
الجسيمات الأولية ليست كذلك
تشكيلات غير هيكلية.
وفقا للأفكار الحديثة
علماء الفيزياء والبروتونات والنيوترونات وغيرها
وتتكون الجسيمات من الكواركات، وهي
لديك كسور كهربائية
رسوم.

الجسيمات المضادة

جسيمات كتلتها تساوي كتلة الإلكترون، ولكن
وجود شحنة إيجابية. تم تسميتها
بوزيترون (0e1).
وقد أظهرت الأبحاث أن البوزيترون يمكن
تظهر نتيجة لتفاعل الكم مع
نواة ثقيلة، ودائمًا مع الإلكترون:
γ + X → X + 0е-1 + 0е1
وبالتالي ولادة الإلكترون-بوزيترون
يمثل الزوج تحول واحد
جسيم - الفوتون (γ-الكم) إلى جسيمين آخرين -
الإلكترون والبوزيترون.

يمكن توليد زوج من الإلكترون والبوزيترون
فقط فوتون طاقته ليست أقل
مجموع طاقات الراحة للإلكترون والبوزيترون:
ع ≥ 2mc2
لأن الطاقة الباقية للإلكترون هي
ما يقرب من 0.5 ميغا إلكترون فولت، ثم الحد الأدنى من الطاقة
الفوتون هو 1 MeV، وطوله الموجي الأقصى هو:
αmax = hс/2moc2=10-12 م=10-3 نانومتر.
في الفراغ، البوزيترون، مثل الإلكترون، مستقر،
جسيم مستقر. ولكن عندما نلتقي ببعضنا البعض
صديقي، الإلكترون والبوزيترون يفنيان،
توليد فوتونات عالية الطاقة: 0е-1+0е1→2γ
أثناء إبادة المادة والمادة المضادة
يتم إطلاق طاقة هائلة -
طاقة الراحة.

وبعد ذلك فتحوا
الجسيمات المضادة للجسيمات الأولية الأخرى.
عادةً ما يُشار إلى الجسيم المضاد بنفس الحرف،
مثل الجسيم، ولكن يوضع فوقه جسيم متموج
سمة. على سبيل المثال، يشار إلى البروتون
الحرف p، والبروتون المضاد – p.

التفاعلات الأساسية
قوي
تفاعل
الكهرومغناطيسية
تفاعل
الجاذبية
تفاعل
ضعيف
تفاعل

التفاعل القوي هو سمة من سمات الثقيلة
جزيئات. هذا هو الذي يحدد اتصال البروتونات و
النيوترونات في نوى الذرات.
في التفاعل الكهرومغناطيسي
وتشارك الجسيمات المشحونة كهربائيا والفوتونات.
بسبب التفاعل الكهرومغناطيسي هناك
اتصال الإلكترونات بالنوى في الذرات واتصال الذرات فيها
جزيئات. التفاعل الكهرومغناطيسي
يحدد العديد من الخصائص العيانية
المواد.
التفاعل الضعيف أمر شائع لدى الجميع
جسيمات أخرى غير الفوتونات. أشهر أعماله
المظهر - اضمحلال بيتا للنيوترونات والنوى الذرية.
تفاعل الجاذبية متأصل في كل شيء
أجسام الكون. يتجلى في شكل قوى عالمية
جاذبية. هذه القوى تضمن وجود النجوم،
أنظمة الكواكب، الخ. في الجاذبية المصغرة
التفاعل ضعيف للغاية بسبب ذلك
كتل الجسيمات الأولية صغيرة للغاية.

يكتب
التفاعلات
قوي
نصف القطر
الأفعال، م
شدة،
المتجهات
الوحدات النسبية تفاعل
10-15
1
غلوونات
∞
10-2
الفوتونات
10-18
10-10
متوسط
جديد
البوزونات
∞
10-38
جرافيتونات
الكهرومغناطيسية
ضعيف
الجاذبية

الجسيمات الأولية
اللبتونات
هادرونات
هادرونز (من اليونانية - adros كبير،
قوي.) - البروتونات والنيوترونات و
وتشارك جزيئات أخرى في الكل
أربعة تفاعلات.
لبتونات (من اليونانية – leptos –
الأخف والأصغر) - الإلكترونات،
الميونات والجسيمات الأخرى في ثلاثة أنواع
التفاعل باستثناء
قوي.

?
هل هناك حقا
الجسيمات الأولية - الأولية,
مزيد من الجسيمات غير القابلة للتحلل، من
والتي من المفترض أن تتكون
موضوع؟
حقا
ابتدائي
جزيئات
اللبتونات
المتجهات
التفاعلات
الكواركات

تاريخ اكتشاف الجسيمات الأولية

الجسيم الأولي الأول -
الإلكترون - اكتشفه الإنجليز
الفيزيائي ج. طومسون في عام 1897
الفيزيائي الإنجليزي إي رذرفورد عام 1919
وجدت بين الجزيئات التي خرجت من
النوى الذرية والبروتونات. جسيم آخر
جزء من النواة، النيوترون -
تم افتتاحه عام 1932 من قبل اللغة الإنجليزية
الفيزيائي ج. تشادويك.

الفيزيائي السويسري دبليو باولي عام 1930 لأول مرة
اقترح أن هناك الابتدائية الخاصة
الجسيمات - النيوترينو (تصغير النيوترون)،
ليس لها أي شحنة و(ربما) كتلة.
السمة المميزة للنيوترينوات هي ضخامة حجمها
القدرة على الاختراق، مما يجعل الأمر صعبا
كشف. في عام 1934، E. فيرمي، على أساس
فرضية النيوترينو، بنيت نظرية اضمحلال بيتا.
تم اكتشاف النيوترينوات تجريبيا في عام 1953.
الفيزيائيان الأمريكيان ف. رينز وك. كوان.
تم اكتشاف البوزيترون، وهو أول جسيم مضاد
ك. أندرسن في عام 1932
في عام 1936، K. أندرسون وS. Neddermayer (الولايات المتحدة الأمريكية) تحت
بحث الأشعة الكونيةاكتشف
الميونات التي لها شحنة كهربائية (كلاهما
العلامات) - جزيئات ذات كتلة تساوي حوالي 200
كتل الإلكترون، ولكن بخلاف ذلك - قريبة
خصائص الإلكترون (والبوزيترون).

في عام 1947، قامت مجموعة من الفيزيائيين الإنجليز تحت
قيادة س. باول في الإشعاع الكوني
تم اكتشاف الميزونات (من الميزون اليوناني - المتوسط،
متوسط.).
في الستينيات تم اكتشافه عدد كبيرالجسيمات,
غير مستقرة للغاية، وجود القليل للغاية
العمر (حوالي 10-24 - 10-23 ثانية). هذه الجزيئات
تسمى الرنين، الماكياج
معظم الجسيمات الأولية.
في 1976-1977 في تجارب إبادة الإلكترونات
وتم اكتشاف جسيمات البوزيترون "المسحورة".
تم التنبؤ بوجودهم بواسطة الكوارك
فرضية بنية الجسيمات الأولية.
في عام 1983، تم اكتشاف المواد الوسيطة لأول مرة
البوزونات هي مجموعة من الجسيمات الثقيلة التي هي
حاملات التفاعل الضعيف. افتتاح
تستمر الجسيمات الأولية الجديدة من خلال
يومنا هذا.

خاتمة:

“إنها معجزة على الرغم من ذلك
تعقيد مذهل
العالم الذي يمكننا اكتشافه
وفي مظاهره هناك بعض
نمط."
إي شرودنغر

عرض تقديمي
مكتمل:
جلادشينكو ماريا و
جلادشينكو مكسيم.

لاستخدام معاينات العرض التقديمي، قم بإنشاء حساب Google وقم بتسجيل الدخول إليه: https://accounts.google.com

التسميات التوضيحية للشرائح:

الجسيمات الأولية

ثلاث مراحل في تطور فيزياء الجسيمات الأولية عندما أطلق الفيلسوف اليوناني ديموقريطس على أبسط الجسيمات غير القابلة للتجزئة اسم الذرات (كلمة ذرة، كما نتذكر، تعني غير قابلة للتجزئة)، إذن، من حيث المبدأ، ربما بدا كل شيء غير معقد للغاية بالنسبة له. يتم بناء الأشياء والنباتات والحيوانات المختلفة من جزيئات غير قابلة للتجزئة وغير قابلة للتغيير. التحولات التي لوحظت في العالم هي مجرد إعادة ترتيب للذرات. كل شيء في العالم يتدفق، كل شيء يتغير، باستثناء الذرات نفسها، التي تبقى دون تغيير. المرحلة الأولى. من الإلكترون إلى البوزيترون 1897-1932. ولكن في نهاية القرن التاسع عشر. كان مفتوحا هيكل معقدتم عزل الذرات والإلكترون كجزء لا يتجزأ من الذرة. بالفعل في القرن العشرين، تم اكتشاف البروتون والنيوترون - الجزيئات التي تشكل النواة الذرية. في البداية، تم النظر إلى كل هذه الجسيمات تمامًا كما نظر ديموقريطس إلى الذرات: فقد اعتبرت جواهر أولية غير قابلة للتجزئة وغير قابلة للتغيير، وهي لبنات البناء الأساسية للكون. (ج. 470 أو 460 - 360 قبل الميلاد) ديموقريطس

المرحلة الثانية. من البوزيترون إلى الكواركات 1932 – 1970. ثلاث مراحل في تطور فيزياء الجسيمات الأولية إن حالة الوضوح الجذاب لم تدم طويلا. اتضح أن كل شيء أكثر تعقيدًا: كما اتضح فيما بعد، لا توجد جزيئات ثابتة على الإطلاق. كلمة الابتدائية نفسها لها معنى مزدوج. من ناحية، الابتدائية هي بطبيعة الحال، أبسط. من ناحية أخرى، نعني بالعنصر الأولي شيئًا أساسيًا يكمن في أساس الأشياء (وبهذا المعنى تسمى الجسيمات دون الذرية (الجزيئات التي تتكون منها الذرات) الآن بالعناصر الأولية). الحقيقة البسيطة التالية تمنعنا من اعتبار الجسيمات الأولية المعروفة حاليًا مشابهة لذرات ديموقريطس غير المتغيرة. لا شيء من الجسيمات خالدة. معظم الجسيمات التي تسمى الآن بالجزيئات الأولية لا يمكنها البقاء لأكثر من مليوني جزء من الثانية، حتى في غياب أي تأثير خارجي. أربعة جسيمات فقط - الفوتون والإلكترون والبروتون والنيوترينو - يمكن أن تظل دون تغيير إذا كان كل منها بمفرده في العالم كله.

لكن الإلكترونات والبروتونات لها أخوة أخطر، البوزيترونات والبروتونات المضادة، عند اصطدامها تتدمر هذه الجسيمات بشكل متبادل وتتشكل جزيئات جديدة. لا يدوم الفوتون المنبعث من مصباح الطاولة أكثر من 10 -8 ثانية. هذا هو الوقت الذي يستغرقه للوصول إلى صفحة الكتاب واستيعابه بالورقة. النيوترينو فقط هو الذي يكاد يكون خالدًا نظرًا لحقيقة أنه يتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع الجسيمات الأخرى. ومع ذلك، تموت النيوترينوات أيضًا عندما تصطدم بجسيمات أخرى، على الرغم من أن مثل هذه الاصطدامات نادرة للغاية. لذا، وفي سعيهم الأبدي للعثور على ما هو غير قابل للتغيير في عالمنا المتغير، لم يجد العلماء أنفسهم على "أساس من الجرانيت"، بل على "رمال سريعة". جميع الجسيمات الأولية تتحول إلى بعضها البعض، وهذه التحولات المتبادلة هي الحقيقة الأساسية لوجودها.

تبين أن فكرة ثبات الجسيمات الأولية لا يمكن الدفاع عنها. لكن فكرة عدم قابليتها للتحلل ظلت قائمة. لم تعد الجسيمات الأولية غير قابلة للتجزئة، ولكنها لا تنضب في خصائصها. عندما تتصادم الجسيمات ذات الطاقة العالية جدًا، لا يتم سحق الجسيمات إلى شيء يمكن أن يسمى الأجزاء المكونة لها. لا، بل تولد جسيمات جديدة من بين تلك التي ظهرت بالفعل في قائمة الجسيمات الأولية. كلما زادت طاقة الجسيمات المتصادمة، زاد عدد الجزيئات، وعلاوة على ذلك، تولد جزيئات أثقل. وهذا ممكن لأنه مع زيادة السرعة، تزداد كتلة الجزيئات. من زوج واحد فقط من أي جسيمات ذات كتلة متزايدة، من الممكن، من حيث المبدأ، الحصول على جميع الجسيمات المعروفة حاليًا. نتيجة اصطدام نواة الكربون التي تبلغ طاقتها 60 مليار إلكترون فولت (الخط العلوي السميك)، مع نواة فضية من مستحلب فوتوغرافي. ينقسم القلب إلى أجزاء تتطاير في اتجاهات مختلفة. في الوقت نفسه، تولد العديد من الجزيئات الأولية الجديدة - البيونات. تم إجراء تفاعلات مماثلة في تصادمات النوى النسبية المنتجة في المسرع لأول مرة في العالم في عام 1976 في مختبر الطاقة العالية التابع لمعهد البحوث النووية المشترك في دوبنا تحت قيادة الأكاديمي أ.م.بالدين.

وبطبيعة الحال، عند اصطدام الجسيمات بالطاقة غير المتوفرة بعد، ستولد أيضًا بعض الجسيمات الجديدة غير المعروفة. لكن هذا لن يغير جوهر الأمر. لا يمكن بأي حال من الأحوال اعتبار الجسيمات الجديدة التي تولد أثناء الاصطدامات مكونات للجسيمات "الأم"؛ بعد كل شيء، يمكن للجسيمات "الابنة"، إذا تم تسريعها، دون تغيير طبيعتها، ولكن فقط عن طريق زيادة كتلتها، بدورها، أثناء الاصطدامات، أن تؤدي إلى ظهور عدة جسيمات تمامًا مثل "آبائها"، وحتى العديد منها جزيئات أخرى. وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن الجسيمات الأولية هي الجسيمات الأولية غير القابلة للتحلل والتي تُبنى منها كل المادة. ومع ذلك، فإن عدم قابلية الجسيمات الأولية للتجزئة لا يعني أنها تفتقر إلى البنية الداخلية.

المرحلة الثالثة. من فرضية الكوارك إلى يومنا هذا. ثلاث مراحل في تطوير فيزياء الجسيمات الأولية 1964 - ... في الستينيات. نشأت الشكوك في أن جميع الجسيمات التي تسمى الآن بالعناصر الأولية تبرر اسمها تمامًا. البعض منهم، وربما معظمهم، لا يحملون هذا الاسم بجدارة. سبب الشك بسيط: هناك الكثير من هذه الجسيمات.

لقد كان اكتشاف جسيم أولي جديد ولا يزال بمثابة انتصار بارز للعلم. لكن منذ بعض الوقت، بدأت حصة من القلق تختلط مع كل انتصار متتالي. بدأت الانتصارات تتوالى حرفيًا واحدًا تلو الآخر. تم اكتشاف مجموعة من الجسيمات "الغريبة": ميزونات K والهايبرونات ذات كتل تتجاوز كتلة النيوكليونات. في السبعينيات تمت إضافة مجموعة كبيرة من الجسيمات "المسحورة" ذات الكتل الأكبر إليها. تم اكتشاف جزيئات قصيرة العمر للغاية بعمر يتراوح بين 10 -22 -10 -23 ثانية. وسميت هذه الجسيمات بالرنينات، وتجاوز عددها المائتين. في عام 1964، اقترح M. Gell-Mann وJ. Zweig نموذجًا يتم بموجبه بناء جميع الجسيمات المشاركة في التفاعلات القوية (النووية) من جسيمات أكثر أساسية (أو أولية) - الكواركات. في الوقت الحاضر، لا يشك أحد تقريبًا في حقيقة الكواركات، على الرغم من أنه لم يتم اكتشافها في حالة حرة.

اكتشاف البوزيترون. الجسيمات المضادة تم التنبؤ نظريًا بوجود توأم الإلكترون - البوزيترون - من قبل الفيزيائي الإنجليزي بي ديراك في عام 1931. بول ديراك (1902-1984) بول أدريان موريس ديراك - عالم فيزياء إنجليزي، أحد مبدعي ميكانيكا الكم، أجنبي عضو مناظر في أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (1931). إحصاءات الكم المتقدمة (إحصاءات فيرمي ديراك)؛ النظرية النسبية لحركة الإلكترون (معادلة ديراك، 1928)، والتي تنبأت بالبوزيترون، وكذلك الفناء وإنتاج الزوج. وضع أسس الديناميكا الكهربائية الكمومية ونظرية الجاذبية الكمومية. جائزة نوبل(1933، مع إروين شرودنغر). في الوقت نفسه، توقع ديراك أنه عندما يلتقي البوزيترون بإلكترون، يجب أن يختفي كلا الجسيمين (يفنيان)، مما يولد فوتونات عالية الطاقة. يمكن أن تحدث العملية العكسية أيضًا - ولادة زوج من الإلكترون والبوزيترون - على سبيل المثال، عندما يصطدم فوتون ذو طاقة عالية بدرجة كافية (يجب أن تكون كتلته أكبر من مجموع الكتل المتبقية من الجسيمات المولودة) بالنواة.

1932 تم اكتشاف البوزيترون باستخدام حجرة سحابية موضوعة في مجال مغناطيسي. تمت الإشارة إلى اتجاه انحناء مسار الجسيم بعلامة شحنته، وتم تحديد نسبة شحنته إلى كتلته من نصف قطر الانحناء وطاقة الجسيم. وتبين أنه هو نفسه في معامل الإلكترون. أول صورة تثبت وجود البوزيترون. انتقل الجسيم من الأسفل إلى الأعلى، وبعد أن اجتاز لوحة الرصاص، فقد جزءًا من طاقته. وبسبب هذا، زاد انحناء المسار.

عملية إنشاء زوج إلكترون-بوزيترون بواسطة ɣ-الكم في لوحة الرصاص. وفي غرفة سحابية تقع في مجال مغناطيسي، يترك الزوجان أثرًا مميزًا على شكل شوكة ذات قرنين. إن حقيقة أن اختفاء (فناء) بعض الجسيمات وظهور بعضها الآخر أثناء التفاعلات بين الجسيمات الأولية هو بالتحديد تحول، وليس مجرد ظهور مزيج جديد من الأجزاء المكونة للجسيمات القديمة، يتم الكشف عنه بوضوح بشكل خاص أثناء الإبادة من زوج الإلكترون والبوزيترون. كل من هذه الجسيمات لها كتلة معينة في حالة الراحة و الشحنات الكهربائية. الفوتونات التي تتولد في هذه الحالة ليست لها شحنات وليس لها كتلة ساكنة، لأنها لا يمكن أن توجد في حالة سكون.

في وقت من الأوقات، أحدث اكتشاف ولادة وإبادة أزواج الإلكترون والبوزيترون ضجة كبيرة في العلوم. حتى ذلك الحين، لم يكن أحد يتخيل أن الإلكترون، أقدم الجسيمات، وأهم مادة لبناء الذرات، قد لا يكون أبديًا. وفي وقت لاحق، تم العثور على التوائم (الجسيمات المضادة) في جميع الجسيمات. تتعارض الجسيمات المضادة مع الجسيمات على وجه التحديد لأنه عندما يلتقي أي جسيم بالجسيم المضاد المقابل، يحدث فناءهما، أي يختفي كلا الجسيمين، ويتحولان إلى كمات إشعاعية أو جسيمات أخرى. تم اكتشاف البروتون المضاد والنيوترون المضاد مؤخرًا نسبيًا. الشحنة الكهربائية للبروتون المضاد سلبية.

الذرات التي تتكون نواتها من مضادات النواة وقشرة البوزيترونات تشكل المادة المضادة. تم الحصول على الهيدروجين المضاد تجريبيا. وفي عام 1995، ولأول مرة، أمكن الحصول على ذرات هيدروجين مضاد، مكونة من بروتون مضاد وبوزيترون، لكنها تفنى بسرعة، مما جعل من المستحيل دراسة خصائصها. الآن، تمكن العلماء النوويون من تجميع الإعداد الذي يخلق مجالًا مغناطيسيًا معقدًا، مما يجعل من الممكن الاحتفاظ بالذرات بعيدة المنال سابقًا. وعلى الرغم من أن الوقت الذي تم فيه تسجيل الهيدروجين المضاد كان عُشر ثانية فقط، وفقًا للعلماء، فإن هذا يكفي لأخذ الأطياف وإجراء دراسة تفصيلية للجزيئات. تمكن فيزيائيو CERN من تعاون ALPHA من الحفاظ على جزيئات المادة المضادة من الفناء لمدة 1000 ثانية، وتم الحصول على الهيدروجين المضاد الذي استخدمه العلماء من عدة عشرات الملايين من البروتونات المضادة والبوزيترونات، وكان مصدرها نظير الصوديوم 22 Na. وأعقب ذلك تنظيف متعدد المراحل. بعد ذلك، سقطت عدة آلاف من ذرات المادة المضادة في فخ مغناطيسي.

عندما تفنى المادة المضادة بالمادة تتحول الطاقة الباقية إلى طاقة الطاقة الحركيةأشعة جاما المتولدة. طاقة الراحة هي أكبر خزان للطاقة وأكثرها تركيزًا في الكون. وفقط أثناء الإبادة يتم إطلاقها بالكامل، وتتحول إلى أنواع أخرى من الطاقة. لذلك، فإن المادة المضادة هي المصدر الأمثل للطاقة، و"الوقود" ذو السعرات الحرارية العالية. من الصعب الآن أن نقول ما إذا كانت البشرية ستكون قادرة على استخدام هذا "الوقود".

اضمحلال النيوترونات. اكتشاف النيوتريو طبيعة اضمحلال بيتا بعد مغادرة الإلكترون للنواة، تزداد شحنة النواة، وبالتالي عدد البروتونات، بمقدار واحد. العدد الكتلي للنواة لا يتغير. وهذا يعني أن عدد النيوترونات يتناقص بمقدار واحد. وبالتالي، داخل النوى المشعة، يكون النيوترون قادرًا على التحلل إلى بروتون وإلكترون. يبقى البروتون في النواة، ويطير الإلكترون خارجًا. فقط في النوى المستقرة تكون النيوترونات مستقرة. أثناء اضمحلال بيتا، ينبعث الإلكترون من النواة. لكن لا يوجد إلكترون في النواة. من أين تأتي؟ ولكن هنا ما هو غريب. تُصدر النوى المتطابقة تمامًا إلكترونات ذات طاقات مختلفة. ومع ذلك، فإن النوى المتكونة حديثًا هي نفسها تمامًا بغض النظر عن طاقة الإلكترون المنبعث. وهذا يتناقض مع قانون حفظ الطاقة - وهو القانون الفيزيائي الأساسي! وتبين أن طاقة النواة الأولية لا تساوي مجموع طاقات النواة النهائية والإلكترون!!!

فرضية باولي اقترح الفيزيائي السويسري دبليو. باولي أنه مع البروتون والإلكترون، أثناء تحلل النيوترون، يولد نوع من الجسيمات "غير المرئية"، والذي يحمل الطاقة المفقودة. لا يتم اكتشاف هذا الجسيم بواسطة الأجهزة لأنه لا يحمل شحنة كهربائية وليس له كتلة ساكنة. وهذا يعني أنه غير قادر على تأين الذرات أو تقسيم النوى، أي أنه لا يستطيع إحداث تأثيرات يمكن من خلالها الحكم على مظهر الجسيم. اقترح باولي أن الجسيم الافتراضي يتفاعل ببساطة بشكل ضعيف جدًا مع المادة، وبالتالي يمكن أن يمر عبر سمك كبير من المادة دون أن يتم اكتشافه.

أطلق فيرمي على هذا الجسيم اسم نيوترينو، وهو ما يعني "النيوترون". وتبين أن الكتلة الباقية للنيوترينو، كما تنبأ باولي، تساوي صفرًا. وراء هذه الكلمات يكمن معنى بسيط: لا توجد نيوترينوات في حالة سكون. ولما كان الوقت قد أتيحت له للولادة، تحرك النيوترينو على الفور بسرعة 300 ألف كيلومتر في الثانية. لقد حسبنا كيفية تفاعل النيوترينوات مع المادة في طبقة ذات سمك معين. وتبين أن النتيجة بعيدة كل البعد عن الاطمئنان من حيث إمكانية اكتشاف هذا الجسيم تجريبيا. يمكن للنيوترينو أن يقطع مسافة في الرصاص تساوي المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال عدة سنوات.

اضمحلال النيوترونات الحرة لا يقتصر دور النيوترينوات على تفسير اضمحلال بيتا للنوى. العديد من الجسيمات الأولية في الحالة الحرة تضمحل تلقائيًا مع انبعاث النيوترينوات. هذا هو بالضبط كيف يتصرف النيوترون. فقط في النوى يكتسب النيوترون الاستقرار بسبب التفاعل مع النيوكليونات الأخرى. ويعيش النيوترون الحر في المتوسط ​​16 دقيقة. ولم يتم إثبات ذلك تجريبيًا إلا بعد بناء المفاعلات النووية التي أنتجت حزمًا قوية من النيوترونات. يحتوي النيوترينو (الرمز ν) على جسيم مضاد يسمى النيوترينو المضاد (الرمز ν مع شريط). عندما يتحلل النيوترون إلى بروتون وإلكترون، فإن النيوترينو المضاد هو الذي ينبعث: طاقة النيوترون دائمًا أكبر من مجموع طاقات البروتون والإلكترون. يتم نقل الطاقة الزائدة بعيدًا عن النيوترينو المضاد.

الاكتشاف التجريبي للنيوترينوات على الرغم من مراوغتها، تم اكتشاف النيوترينوات (على وجه التحديد، النيوترينوات المضادة)، بعد ما يقرب من 26 عامًا من "وجودها الشبحي" في المجلات العلمية، تجريبيًا. تنبأت النظرية أنه عندما يصطدم مضاد النيوترينو بالبروتون، سيظهر بوزيترون ونيوترون: + احتمالية حدوث مثل هذه العملية منخفضة بسبب قدرة الاختراق الهائلة لمضاد النيوترينو. ولكن إذا كان هناك الكثير من مضادات النيوترينو، فيمكننا أن نأمل في اكتشافها.

محطة باكسان نيوترينو في مضيق باكسان في القوقاز، تم إنشاء نفق بطول كيلومترين في صخرة متجانسة وتم بناء مختبر علمي محمي من الأشعة الكونية بصخرة يبلغ سمكها عدة كيلومترات. يضم المختبر معدات لتسجيل النيوترينوات الشمسية والنيوترينوات من الفضاء.

البوزونات المتوسطة - حاملات التفاعلات الضعيفة لا يمكن أن يتسبب اضمحلال النيوترون إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو مضاد القوات النوويةلأن الإلكترون لا يتعرض لتفاعلات قوية وبالتالي لا يمكن خلقه بسببها. ولادة الإلكترونات ممكنة تحت تأثير القوى الكهرومغناطيسية. ولكن هناك أيضًا مضاد النيوترينو، وهو خالي من الشحنة الكهربائية ولا يشارك في التفاعلات الكهرومغناطيسية. ينشأ نفس الموقف أثناء اضمحلال الميزونات والجسيمات الأخرى مع انبعاث النيوترينوات أو النيوترينوات المضادة. ولذلك، لا بد من وجود بعض التفاعلات الأخرى المسؤولة عن اضمحلال النيوترون (والعديد من الجسيمات الأخرى). هذا صحيح في الواقع. هناك نوع رابع من القوة في الطبيعة - التفاعلات الضعيفة. هذه القوى هي الأبطال الرئيسيين في مأساة موت الجسيمات.

وتسمى هذه التفاعلات ضعيفة لأنها ضعيفة حقًا: أضعف بحوالي 10 14 مرة من التفاعلات النووية! ويمكن دائمًا إهمالها عند حدوث تفاعلات قوية أو كهرومغناطيسية. ولكن هناك العديد من العمليات التي لا يمكن أن تحدث إلا بسبب التفاعلات الضعيفة. ونظرًا لقيمته الصغيرة، فإن التفاعلات الضعيفة لا تؤثر بشكل كبير على حركة الجزيئات. إنهم لا يسرعونها أو يبطئونها. التفاعلات الضعيفة ليست قادرة على الاحتفاظ بأي جسيمات بالقرب من بعضها البعض لتكوين حالات مرتبطة. ومع ذلك، فهذه قوى بنفس معنى القوى الكهرومغناطيسية والنووية. الشيء الرئيسي في أي تفاعل هو ولادة الجزيئات وتدميرها. وهي أن هذه الوظائف (خاصة الأخيرة) يتم تنفيذها عن طريق التفاعلات الضعيفة ببطء، ولكن بدقة شديدة.

التفاعلات الضعيفة ليست غير شائعة على الإطلاق. على العكس من ذلك، فهي عالمية للغاية. جميع الجزيئات تشارك فيها. جميع الجسيمات لها شحنة، أو بشكل أكثر دقة، ثابت التفاعلات الضعيفة. ولكن فقط بالنسبة للجسيمات المشاركة في تفاعلات أخرى، فإن القدرة على التفاعلات الضعيفة غير مهمة. النيوترينوات فقط هي غير القادرة على أي تفاعلات غير التفاعلات الضعيفة (باستثناء التفاعلات الضعيفة للغاية - تفاعلات الجاذبية). إن دور التفاعلات الضعيفة في تطور الكون ليس صغيراً على الإطلاق. ولو تم إيقاف التفاعلات الضعيفة لخرجت الشمس والنجوم الأخرى.

"السريع" و"البطيء" أفضل من "القوي" و"الضعيف". التفاعلات الضعيفة ليست ضعيفة على الإطلاق، بمعنى أنها لا تستطيع أن تفعل أي شيء مميز في العالم الصغير. يمكن أن تتسبب في انهيار أي جسيم له كتلة ساكنة، فقط إذا سمحت قوانين الحفظ بذلك. الامتثال للشرط الأخير مهم جدا. وإلا فإن النيوترونات في النواة ستكون غير مستقرة ولن يكون هناك شيء في الطبيعة سوى الهيدروجين. نادرا ما تحدث آثار التفاعلات الضعيفة. وبهذا المعنى، فهم بطيئون وليسوا ضعفاء، وهم مثل رافع الأثقال الذي يمكنه رفع قضيب ضخم، ولكن ببطء شديد جدًا. التفاعلات القوية (النووية) هي التفاعلات الأسرع، وتحدث تحولات الجسيمات الأولية التي تسببها في كثير من الأحيان. تعمل التفاعلات الكهرومغناطيسية بشكل أبطأ من التفاعلات القوية، ولكنها لا تزال أسرع بما لا يقاس من التفاعلات الضعيفة. الوقت المميز للتفاعلات الضعيفة هو 10 -10 ثانية مقابل 10 -21 درجة مئوية للتفاعلات الكهرومغناطيسية. ومع ذلك، عند الطاقات العالية للجسيمات المتصادمة التي تصل إلى مائة مليار إلكترون فولت، تتوقف التفاعلات الضعيفة عن أن تكون ضعيفة مقارنة بالتفاعلات الكهرومغناطيسية.

كيف تحدث التفاعلات الضعيفة كان يُعتقد لفترة طويلة أن التفاعلات الضعيفة تحدث بين أربعة جزيئات عند نقطة واحدة. في حالة اضمحلال النيوترونات، فإن هذه هي النيوترون نفسه، والبروتون، والإلكترون، والنيوترينو المضاد. تم إنشاء نظرية الكم المقابلة للتفاعلات الضعيفة بواسطة E. Fermi و R. Feynman وعلماء آخرين. صحيح، بناءً على اعتبارات عامة حول وحدة قوى الطبيعة، تم اقتراح أن التفاعلات الضعيفة، مثل جميع التفاعلات الأخرى، يجب أن تتم من خلال نوع من المجال "الضعيف". وبناء على ذلك، لا بد من وجود كمات لهذا المجال - الجسيمات - حاملات التفاعل. لكن لم يكن هناك دليل تجريبي على ذلك.

تم اتخاذ خطوة جديدة ومهمة في تطوير نظرية التفاعلات الضعيفة في الستينيات. الفيزيائيون الأمريكيون إس. واينبرغ، إس. جلاشو والعالم الباكستاني أ. سلام، الذي عمل في تريست. لقد طرحوا فرضية جريئة حول وحدة التفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية. استندت فرضية واينبرغ وجلاشو وسلام على الافتراض الذي تم التعبير عنه سابقًا بأن التفاعلات الضعيفة تتم عن طريق تبادل الجسيمات، التي تسمى البوزونات الوسيطة أو الناقلة، من ثلاثة أنواع: W +، W – و Z 0. يحمل الجسيمان الأولان شحنة مساوية للشحنة الأولية، والثالث محايد.

جوهر الفرضية الجديدة هو كما يلي: طبيعة التفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية هي نفسها بمعنى أن قوتها الحقيقية عند أعمق مستوى هي نفسها وتتفاعل البوزونات الوسيطة مع جميع الجسيمات على مسافات قصيرة بنفس الطريقة. الفوتونات مع جسيمات مشحونة. وفقا لذلك، على مسافات قصيرة جدا، يجب أن تظهر التفاعلات الضعيفة بنفس قوة التفاعلات الكهرومغناطيسية. لماذا إذن لا تزال هذه التفاعلات ترقى إلى مستوى أسمائها؟ لماذا تتم العمليات التي تسببها بشكل أبطأ بكثير من العمليات الكهرومغناطيسية؟ نصف قطر التفاعلات الضعيفة أصغر بكثير من نصف قطر التفاعلات الكهرومغناطيسية. ولهذا السبب، تبدو أضعف من تلك الكهرومغناطيسية.

الشريحة 1

الجسيمات الأولية

الشريحة 2

مقدمة
الجسيمات الأولية بالمعنى الدقيق لهذا المصطلح هي جسيمات أولية غير قابلة للتحلل، والتي تتكون منها كل المادة، حسب الافتراض. يعبر مفهوم “الجسيمات الأولية” في الفيزياء الحديثة عن فكرة الكيانات البدائية التي تحدد جميع الخصائص المعروفة للعالم المادي، وهي الفكرة التي نشأت في المراحل الأولى من تطور العلوم الطبيعية ولعبت دائما دورا دور مهمفي تطورها.
إن وجود الجسيمات الأولية هو نوع من المسلمات، واختبار صحتها هو أحد أهم مهام الفيزياء.

الشريحة 3

معلومات تاريخية مختصرة
كان اكتشاف الجسيمات الأولية نتيجة طبيعية للنجاحات العامة التي حققتها الفيزياء في دراسة بنية المادة في نهاية القرن التاسع عشر. وقد تم إعداده من خلال دراسات شاملة للأطياف الضوئية للذرات، ودراسة الظواهر الكهربائية في السوائل والغازات، واكتشاف الطاقة الكهروضوئية، والأشعة السينية، والنشاط الإشعاعي الطبيعي، مما دل على وجود بنية معقدة للمادة.
الاكتشاف: الإلكترون هو الناقل للشحنة الكهربائية الأولية السالبة في الذرات، 1897. طومسون. البروتونات هي جسيمات لها وحدة شحنة موجبة وكتلة، 1919. رذرفورد نيوترون - كتلة قريبة من كتلة البروتون، ولكن ليس لديه شحنة، 1932. تشادويك فوتون - 1900 بدأ بلانك نظرية النيوترينو - الجسيم الذي يكاد لا يتفاعل مع المادة، 1930 باولي

الشريحة 4

من الثلاثينيات إلى أوائل الخمسينيات. ارتبطت دراسة جزيئات الإلكترون ارتباطًا وثيقًا بدراسة الأشعة الكونية. في عام 1932، اكتشف ك. أندرسون البوزيترون (e+) في الأشعة الكونية - وهو جسيم له كتلة الإلكترون، ولكن بشحنة كهربائية موجبة. كان البوزيترون أول جسيم مضاد تم اكتشافه. في عام 1936، اكتشف الفيزيائيان الأمريكيان K. Anderson وS. Neddermeyer، أثناء دراسة الأشعة الكونية، الميونات (كلاهما مؤشران للشحنة الكهربائية) - وهي جسيمات ذات كتلة تبلغ حوالي 200 كتلة إلكترون، ولكنها بخلاف ذلك قريبة بشكل مدهش في خصائصها من e-، e+. أواخر الأربعينيات - أوائل الخمسينيات. تميزت باكتشاف مجموعة كبيرة من الجسيمات ذات خصائص غير عادية تسمى “الغريبة”.

الشريحة 5

الخصائص الأساسية للجسيمات الأولية. فئات التفاعل
جميع جزيئات الإلكترون هي أجسام ذات كتل وأحجام صغيرة للغاية. معظمها لها كتل في حدود كتلة البروتون، تساوي 1.6 × 10-24 جم (فقط كتلة الإلكترون أصغر بشكل ملحوظ: 9 × 10-28 جم). إن الأحجام المحددة تجريبيًا للبروتون والنيوترون والميزون تساوي من حيث الحجم 10-13 سم. ولا يمكن تحديد أحجام الإلكترون والميون، ومن المعروف فقط أنهما أقل من 10-15 سم تشكل الكتل والأحجام المجهرية لجزيئات الإلكترون الخصوصية الكمومية الأساسية لسلوكها. الأطوال الموجية المميزة التي ينبغي أن تعزى إلى جسيمات الإلكترون في نظرية الكم هي ذات حجم قريب من الأبعاد النموذجية التي يحدث عندها تفاعلها (على سبيل المثال، للميزون p 1.4 × 10-13 سم). وهذا يؤدي إلى حقيقة أن قوانين الكم حاسمة بالنسبة لجسيمات الإلكترون.

الشريحة 6

إن الخاصية الكمومية الأكثر أهمية لجميع جزيئات الإلكترون هي قدرتها على الإنشاء والتدمير (الانبعاث والامتصاص) عند التفاعل مع الجسيمات الأخرى. وفي هذا الصدد، فهي مشابهة تمامًا للفوتونات
وهي تحدد العلاقة بين البروتونات والنيوترونات في نوى الذرات وتوفر القوة الاستثنائية لهذه التكوينات، والتي تكمن وراء استقرار المادة في ظل الظروف الأرضية.
التفاعلات الكهرومغناطيسية، على وجه الخصوص، هي المسؤولة عن اتصال الإلكترونات الذرية بالنوى واتصال الذرات في الجزيئات.
التفاعلات الضعيفة تؤدي إلى عمليات تحدث ببطء شديد مع الإلكترونات وتتسبب أيضًا في اضمحلال بطيء.

الشريحة 7

وتتميز في المقام الأول بأن لها تفاعلات قوية، إلى جانب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة
المشاركة فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة

الشريحة 8

الشريحة 9

الشريحة 10

بعض المشاكل العامة لنظرية الجسيمات
من غير المعروف ما هو العدد الإجمالي للليبتونات والكواركات والجسيمات المتجهة المختلفة وما إذا كانت هناك مبادئ فيزيائية تحدد هذا العدد.

أسباب تقسيم الجسيمات ذات الدوران 1/2 إلى مجموعتين مختلفتين غير واضحة: اللبتونات والكواركات. أصل أعداد الكم الداخلية من اللبتونات والكواركات (L، B، 1، Y، Ch) وخصائص الكواركات. والغلوونات باسم "اللون" غير واضحة إلى أي درجة ترتبط الحريات بأرقام الكم الداخلية. الفصل.

الشريحة 11
خاتمة

وبالتالي، فإن الاتجاه الناشئ نحو النظر المتزامن في فئات مختلفة من تفاعلات جزيئات الإلكترون يجب أن يكتمل منطقيًا على الأرجح من خلال تضمين تفاعل الجاذبية في المخطط العام. على أساس النظر المتزامن لجميع أنواع التفاعلات، من المرجح أن نتوقع إنشاء نظرية مستقبلية لجزيئات الإلكترون.


الشريحة 2

الاختبار 1. ما هي الأنظمة الفيزيائية التي تتشكل من الجسيمات الأولية نتيجة للتفاعل الكهرومغناطيسي؟ أ. الإلكترونات والبروتونات. ب. النوى الذرية. ب. الذرات وجزيئات المادة والجسيمات المضادة. 2. من وجهة نظر التفاعل تنقسم جميع الجسيمات إلى ثلاثة أنواع: أ. الميزونات والفوتونات واللبتونات. ب. الفوتونات واللبتونات والباريونات. ب. الفوتونات واللبتونات والهادرونات. 3. ما هو العامل الرئيسي في وجود الجسيمات الأولية؟ أ. التحول المتبادل. ب. الاستقرار. ب- تفاعل الجزيئات مع بعضها البعض. 4. ما هي التفاعلات التي تحدد استقرار النوى في الذرات؟ أ. الجاذبية. ب. الكهرومغناطيسية. ب. النووية. د- ضعيف.


6. حقيقة تحول المادة إلى مجال كهرومغناطيسي: أ. تؤكدها تجربة فناء الإلكترون والبوزيترون. ب. تم التأكد من ذلك بتجربة إبادة الإلكترون والبروتون. 7. تفاعل تحول المادة إلى مجال: A. e + 2γ→e+B. ه + 2γ → ه- ب.ه+ +ه- =2γ. 8. ما التفاعل المسؤول عن تحول الجزيئات الأولية إلى بعضها البعض؟ أ. التفاعل القوي. ب. الجاذبية. ب. تفاعل ضعيف د. قوي، ضعيف، كهرومغناطيسي. الإجابات: ب؛ في؛ أ؛ في؛ ب؛ أ؛ في؛ د. 5. هل هناك جسيمات غير قابلة للتغيير في الطبيعة؟ أ. هناك. ب- أنها غير موجودة.

الشريحة 4


1964 جيلمان وزفايج - فرضية حول وجود الكواركات. الكواركات هي الاسم الذي يطلق على جميع "الجسيمات الأولية الحقيقية" المفترضة التي تشكل جميع الميزونات والباريونات والرنينات. لتكوين مثل هذه الجسيمات، يجب أن تحتوي الكواركات على شحنات +2\3 و-1\3. لم نكن نعرف مثل هذه الجزيئات!!

n +2\3 -1\3 -1\3 u d d P +2\3 +2\3 -1\3 u d u الكواركات:u, d, s ,c, b, t.


نفس العدد من الكواركات المضادة وفقًا لمبدأ باولي: في نظام واحد من الجسيمات المترابطة، لا يوجد أبدًا جسيمان على الأقل لهما معاملات متطابقة إذا كانت هذه الجسيمات لها دوران نصف صحيح.

الشريحة 5


أوميغا - ناقص - هايبرون يتكون من ثلاثة كواركات متطابقة. انتهاك المبدأ؟؟ هل الكواركات متطابقة؟؟ لا يمكن أن تكون متطابقة، وبالتالي فهي تختلف في بعض الخصائص غير المعروفة. هذه الخصائص الجديدة هي رسوم اللون. هناك ثلاثة أنواع (لون) من الشحنات الموجودة في الكواركات. الأحمر والأزرق والأصفر. الكواركات المضادة لها: شحنة مضادة للأحمر، ومضادة للزرقاء، ومضادة للأصفر. الكواركات التي لها نفس الشحنات الكهربائية لها شحنات لونية مختلفة وتوجد قوة تجاذب بينها بسبب تفاعل الألوان. النظرية التي تصف تفاعل الألوان هي الديناميكا اللونية.

الشريحة 6


لا توجد كواركات حرة في الطبيعة! تزداد قوة تفاعل الألوان مع زيادة المسافة من الكوارك. عندما يتم كسر الرابطة بين الكواركات، يولد زوج من "الكوارك والكوارك المضاد" يتم توفير التفاعل اللوني بواسطة GLUONS. مزيج من ثلاثة ألوان وثلاثة ألوان مضادة يعطي ثمانية غلوونات مختلفة. يُعتقد اليوم أنه يوجد في الطبيعة 36 كواركًا، و8 غلوونات، و12 لبتونًا وفوتونًا، أي ما مجموعه 57 جسيمًا "أكثر أولية".

الشريحة 7