Definición: partículas elementales
llamar a un grupo grande
las partículas más pequeñas de materia, no
siendo átomos o atómico
núcleos.
Partículas elementales:
electrones
protones
neutrino
neutrones
muones
mesones
partículas extrañas
resonancias
"hermoso"
partículas
fotones
partículas "encantadas"

Designación, masa, carga.

Partícula
Electrón
Símbolo
0e
-1
Peso, kilogramos
Carga, Cl
9*10-31
-1,6*10-19
Protón
1p
1
1,673*10-27
+1,6*10-19
Neutrón
1n
0
1,675*10-27
0
Fotón
γ
0
0

La abrumadora cantidad de estudiantes de primaria
Las partículas no se encuentran en la naturaleza porque
no son estables, se reciben en
laboratorios. La forma principal de
colisionando rápidamente
partículas estables en progreso
de la cual parte de la energía cinética
las partículas en movimiento se convierten en
energía de las partículas resultantes
Todos los procesos de transformación de partículas.
obedecer las leyes de conservación (energía,
impulso, carga y una serie de otras cantidades,
específico para partículas elementales).

Convertibilidad
partículas elementales – una de
las propiedades más importantes.
Física moderna
partículas elementales
también llamado
ALTA FÍSICA
ENERGÍA.

Los físicos estadounidenses M. Gell-Mann y
G. Zweig propuso una hipótesis, según
de los cuales un protón consta de tres
cargas: -e/3, +2e/3, +2e/3. Partículas con
La carga fraccionaria se llamó quarks.
Los neutrones, según esta hipótesis,
también consta de tres quarks,
teniendo cargas: -e/3, -e/3, +2e/3. Entonces,
las partículas elementales no
formaciones sin estructura.
Según las ideas de los modernos.
físicos, protones, neutrones y otros
Las partículas se forman a partir de quarks, que son
tener electrico fraccionado
cargos.

Antipartículas

Partículas con masa igual a la masa de un electrón, pero
teniendo una carga positiva. ella fue nombrada
positrón (0e1).
Las investigaciones han demostrado que un positrón puede
aparecen como resultado de la interacción de un cuanto γ con
núcleo pesado, y siempre junto a un electrón:
γ + X → X + 0е-1 + 0е1
En consecuencia, el nacimiento de un electrón-positrón.
El par representa la transformación de uno.
partícula - fotón (γ-cuanto) en otras dos partículas -
electrón y positrón.

Se puede generar un par electrón-positrón
sólo un fotón cuya energía no es menor
suma de energías en reposo del electrón y del positrón:
hv ≥ 2mc2
Como la energía en reposo del electrón es
aproximadamente 0,5 MeV, entonces la energía mínima
El fotón es de 1 MeV y su longitud de onda máxima es:
λmax = hс/2moc2=10-12 m=10-3 nm.
En el vacío, un positrón, como un electrón, es estable,
partícula estable. Pero al encontrarse
amigo, el electrón y el positrón se ANIQUILAN,
generando fotones de alta energía: 0е-1+0е1→2γ
Durante la aniquilación de la materia y la antimateria.
Se libera una energía colosal.
energía en reposo.

Posteriormente abrieron
ANTIPARTICULAS de otras partículas elementales.
Por lo general, la antipartícula se indica con la misma letra,
como una partícula, pero encima se coloca una ondulada
rasgo. Por ejemplo, un protón se denota
la letra p, y el antiprotón – p.

Interacciones fundamentales
Fuerte
interacción
Electromagnético
interacción
Gravitacional
interacción
Débil
interacción

La interacción fuerte es característica de los pesados.
partículas. Es esto lo que determina la conexión de los protones, y
neutrones en los núcleos de los átomos.
En interacción electromagnética
Están involucradas partículas cargadas eléctricamente y fotones.
Debido a la interacción electromagnética hay
conexión de electrones con núcleos en átomos y conexión de átomos en
moléculas. Interacción electromagnética
determina muchas propiedades macroscópicas
sustancias.
La interacción débil es común a todos.
partículas distintas a los fotones. Su mas famoso
manifestación: desintegración beta de neutrones y núcleos atómicos.
La interacción gravitacional es inherente a todo.
cuerpos del Universo; se manifiesta en forma de fuerzas del universal.
gravedad. Estas fuerzas aseguran la existencia de estrellas,
sistemas planetarios, etc. En el microcosmos gravitacional.
La interacción es extremadamente débil debido al hecho de que
las masas de las partículas elementales son extremadamente pequeñas.

Tipo
interacciones
Fuerte
Radio
acciones, m
Intensidad,
Vectores
unidades relativas interacciones
10-15
1
Gluones
∞
10-2
Fotones
10-18
10-10
Intermedio
nuevo
bosones
∞
10-38
Gravitones
Electromagnético
Débil
Gravitacional

Partículas elementales
leptones
hadrones
Hadrones (del griego – adros grande,
fuerte.) – protones, neutrones y
otras partículas participan en todos
cuatro interacciones.
Leptones (del griego – leptos –
más ligero, más pequeño) – electrones,
muones y otras partículas en tres tipos
interacción, excepto
fuerte.

?
¿Hay realmente
partículas elementales - primarias,
otras partículas no descomponibles, de
que se supone que consisten
¿asunto?
Realmente
elemental
partículas
leptones
Vectores
interacciones
quarks

Historia del descubrimiento de las partículas elementales.

La primera partícula elemental
electrón - fue descubierto por los ingleses
físico J. Thomson en 1897
El físico inglés E. Rutherford en 1919.
Encontrado entre partículas extraídas de
núcleos atómicos, protones. Otra partícula
parte del núcleo, neutrón -
Fue inaugurado en 1932 por los ingleses.
físico J. Chadwick.

El físico suizo W. Pauli en 1930 Por primera vez
sugirió que hay primarias especiales
partículas - neutrino (diminutivo de neutrón),
sin carga y (posiblemente) masa.
La característica distintiva de los neutrinos es su enorme
capacidad de penetración, lo que dificulta
detección. En 1934, E. Fermi, basándose en
Hipótesis del neutrino, construyó la teoría de la desintegración β.
Los neutrinos fueron descubiertos experimentalmente en 1953.
Los físicos estadounidenses F. Reines y K. Cowan.
Se descubre el positrón, la primera antipartícula
K.Andersen en 1932
En 1936, K. Anderson y S. Neddermayer (EE.UU.) bajo
investigación rayos cósmicos descubierto
muones que tienen carga eléctrica (ambos
signos) - partículas con una masa igual a aproximadamente 200
masas de electrones, pero por lo demás, cerca
Propiedades del electrón (y del positrón).

En 1947, un grupo de físicos ingleses bajo la dirección
El liderazgo de S. Powell en radiación cósmica
Se descubrieron mesones (del griego mesón - promedio,
intermedio.).
En la década de 1960 fue descubierto gran número partículas,
extremadamente inestable, teniendo muy poco
vida (alrededor de 10-24 - 10-23s). Estas partículas
llamadas resonancias, componen
la mayoría de las partículas elementales.
En 1976-1977 en experimentos de aniquilación de electrones
y el positrón, se descubrieron partículas “encantadas”.
Su existencia fue predicha por quark.
Hipótesis de la estructura de las partículas elementales.
En 1983 se descubrieron por primera vez compuestos intermedios.
Los bosones son un grupo de partículas pesadas que se
Portadores de interacción débil. Apertura
nuevas partículas elementales continúan a través
En la actualidad.

CONCLUSIÓN:

“Y es un milagro que a pesar de
asombrosa complejidad
mundo que podemos descubrir
en sus apariciones hay algo
patrón."
E. Schrödinger

Presentación
terminado:
Gladchenko María y
Máximo Gladchenko.

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Títulos de diapositivas:

PARTÍCULAS ELEMENTALES

TRES ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTALES Cuando el filósofo griego Demócrito llamó átomos a las partículas más simples e indivisibles (la palabra átomo, recordemos, significa indivisible), entonces, en principio, probablemente todo no le pareció muy complicado. Varios objetos, plantas y animales se construyen a partir de partículas indivisibles e inmutables. Las transformaciones observadas en el mundo son una simple reordenación de átomos. Todo en el mundo fluye, todo cambia, excepto los propios átomos, que permanecen inalterados. Etapa uno. Del electrón al positrón 1897-1932. Pero a finales del siglo XIX. estaba abierto estructura complejaátomos y el electrón quedó aislado como parte integral del átomo. Ya en el siglo XX se descubrieron el protón y el neutrón, partículas que forman el núcleo atómico. Al principio, todas estas partículas eran consideradas exactamente como Demócrito miraba los átomos: se las consideraba esencias primarias indivisibles e inmutables, los componentes básicos del universo. (c. 470 o 460 - 360 a. C.) DEMOCRITO

Etapa dos. Del positrón a los quarks 1932 - 1970. TRES ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTALES La situación de atractiva claridad no duró mucho. Todo resultó ser mucho más complicado: resultó que no hay ninguna partícula inmutable. La palabra elemental en sí misma tiene un doble significado. Por un lado, lo elemental es lo natural, lo más sencillo. Por otro lado, por elemental nos referimos a algo fundamental que se encuentra en la base de las cosas (es en este sentido que las partículas subatómicas (las partículas de las que están hechos los átomos) ahora se llaman elementales). El simple hecho siguiente nos impide considerar las partículas elementales actualmente conocidas como similares a los átomos inmutables de Demócrito. Ninguna de las partículas es inmortal. La mayoría de las partículas que ahora se llaman elementales no pueden sobrevivir más de dos millonésimas de segundo, incluso en ausencia de cualquier influencia externa. Sólo cuatro partículas (fotón, electrón, protón y neutrino) podrían permanecer sin cambios si cada una de ellas estuviera sola en el mundo.

Pero los electrones y los protones tienen los hermanos más peligrosos, los positrones y los antiprotones, cuando chocan con ellos, estas partículas se destruyen mutuamente y se forman otras nuevas. Un fotón emitido por una lámpara de mesa no dura más de 10 -8 s. Este es el tiempo que tarda en llegar a la página del libro y ser absorbido por el papel. Sólo el neutrino es casi inmortal debido a que interactúa extremadamente débilmente con otras partículas. Sin embargo, los neutrinos también mueren cuando chocan con otras partículas, aunque este tipo de colisiones son extremadamente raras. Entonces, en la eterna búsqueda de encontrar lo inmutable en nuestro mundo cambiante, los científicos no se encontraron sobre una “base de granito”, sino sobre “arena movediza”. Todas las partículas elementales se transforman unas en otras, y estas transformaciones mutuas son el hecho principal de su existencia.

La idea de la inmutabilidad de las partículas elementales resultó insostenible. Pero la idea de su indescomponibilidad permaneció. Las partículas elementales ya no son indivisibles, pero sí inagotables en sus propiedades. Cuando las partículas de energía ultra alta chocan, las partículas no se dividen en algo que podría llamarse sus partes constituyentes. No, dan origen a nuevas partículas entre las que ya aparecen en la lista de partículas elementales. Cuanto mayor es la energía de las partículas que chocan, mayor es el número de partículas que nacen y, además, más pesadas. Esto es posible debido a que a medida que aumenta la velocidad, aumenta la masa de las partículas. A partir de un solo par de partículas cualesquiera de mayor masa se pueden obtener, en principio, todas las partículas conocidas actualmente. Resultado de la colisión de un núcleo de carbono, que tenía una energía de 60 mil millones de eV (línea superior gruesa), con un núcleo de plata de una emulsión fotográfica. El núcleo se divide en fragmentos que vuelan en diferentes direcciones. Al mismo tiempo, nacen muchas partículas elementales nuevas: los piones. Reacciones similares en colisiones de núcleos relativistas producidas en un acelerador se llevaron a cabo por primera vez en el mundo en 1976 en el Laboratorio de Alta Energía del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Dubna, bajo la dirección del académico A. M. Baldin.

Por supuesto, en las colisiones de partículas con energía que aún no está disponible, nacerán algunas partículas nuevas, aún desconocidas. Pero esto no cambiará la esencia del asunto. Las nuevas partículas nacidas durante las colisiones no pueden considerarse de ningún modo componentes de las partículas “madres”; Después de todo, las partículas "hijas", si se aceleran, pueden, sin cambiar su naturaleza, pero solo aumentando su masa, a su vez, durante las colisiones, dar origen a varias partículas exactamente iguales a sus "padres", e incluso muchas otras partículas. . Según los conceptos modernos, las partículas elementales son las partículas primarias e indescomponibles a partir de las cuales se construye toda la materia. Sin embargo, la indivisibilidad de las partículas elementales no significa que carezcan de estructura interna.

Tercera etapa. Desde la hipótesis de los quarks hasta la actualidad. TRES ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTALES 1964 - ... En los años 60. Surgieron dudas de que todas las partículas ahora llamadas elementales justifiquen plenamente su nombre. Algunos de ellos, quizás incluso la mayoría, llevan este nombre no merecidamente. El motivo de la duda es simple: hay muchas de estas partículas.

El descubrimiento de una nueva partícula elemental siempre ha sido y sigue siendo un triunfo destacado de la ciencia. Pero desde hace bastante tiempo, una parte de ansiedad comenzó a mezclarse con cada triunfo sucesivo. Los triunfos comenzaron a sucederse literalmente uno tras otro. Se descubrió un grupo de las llamadas partículas "extrañas": mesones K e hiperones con masas superiores a la masa de los nucleones. En los años 70 Se les añadió un gran grupo de partículas “encantadas” con masas aún mayores. Se descubrieron partículas de vida extremadamente corta con una vida útil del orden de 10 -22 -10 -23 s. Estas partículas se llamaron resonancias y su número superaba las doscientas. En 1964, M. Gell-Mann y J. Zweig propusieron un modelo según el cual todas las partículas que participan en interacciones fuertes (nucleares) se construyen a partir de partículas más fundamentales (o primarias): los quarks. Hoy en día casi nadie duda de la realidad de los quarks, aunque no han sido descubiertos en estado libre.

DESCUBRIMIENTO DEL POSITRON. ANTIPARTÍCULAS La existencia del gemelo del electrón, el positrón, fue predicha teóricamente por el físico inglés P. Dirac en 1931. Paul Dirac (1902-1984) Paul Adrien Maurice Dirac - físico inglés, uno de los creadores de la mecánica cuántica, extranjero miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de la URSS (1931). Estadísticas cuánticas desarrolladas (estadísticas de Fermi-Dirac); la teoría relativista del movimiento de los electrones (ecuación de Dirac, 1928), que predijo el positrón, así como la aniquilación y la producción de pares. Sentó las bases de la electrodinámica cuántica y la teoría cuántica de la gravedad. Premio Nobel(1933, con Erwin Schrödinger). Al mismo tiempo, Dirac predijo que cuando un positrón se encuentra con un electrón, ambas partículas deberían desaparecer (aniquilarse), generando fotones de alta energía. El proceso inverso también puede ocurrir: el nacimiento de un par electrón-positrón, por ejemplo, cuando un fotón de energía suficientemente alta choca (su masa debe ser mayor que la suma de las masas restantes de las partículas que nacen) con un núcleo.

1932 Se descubre el positrón utilizando una cámara de niebla colocada en un campo magnético. La dirección de curvatura de la trayectoria de la partícula se indicaba mediante el signo de su carga, y la relación entre su carga y su masa se determinaba a partir del radio de curvatura y la energía de la partícula. Resultó tener el mismo módulo que el del electrón. La primera fotografía que demuestra la existencia del positrón. La partícula se movió de abajo hacia arriba y, al pasar la placa de plomo, perdió parte de su energía. Debido a esto, la curvatura de la trayectoria aumentó.

El proceso de creación de un par electrón-positrón mediante un cuanto ɣ en una placa de plomo. En una cámara de niebla situada en un campo magnético, la pareja deja una huella característica en forma de un tenedor de dos cuernos. El hecho de que la desaparición (aniquilación) de algunas partículas y la aparición de otras durante las reacciones entre partículas elementales es precisamente una transformación, y no solo el surgimiento de una nueva combinación de partes constituyentes de partículas antiguas, se revela especialmente claramente precisamente durante la aniquilación. de un par electrón-positrón. Ambas partículas tienen una cierta masa en reposo y cargas electricas. Los fotones que nacen en este caso no tienen carga y no tienen masa en reposo, ya que no pueden existir en reposo.

Hubo un tiempo en que el descubrimiento del nacimiento y aniquilación de los pares electrón-positrón causó sensación en la ciencia. Hasta entonces, nadie había imaginado que el electrón, la partícula más antigua, el material de construcción más importante de los átomos, podría no ser eterno. Posteriormente, se encontraron gemelos (antipartículas) en todas las partículas. Las antipartículas se oponen a las partículas precisamente porque cuando cualquier partícula se encuentra con la antipartícula correspondiente, se produce su aniquilación, es decir, ambas partículas desaparecen, convirtiéndose en cuantos de radiación u otras partículas. El antiprotón y el antineutrón se descubrieron hace relativamente poco tiempo. La carga eléctrica del antiprotón es negativa.

Los átomos cuyo núcleo está formado por antinucleones y una capa de positrones forman antimateria. El antihidrógeno se obtuvo experimentalmente. En 1995, por primera vez, fue posible obtener átomos de antihidrógeno, compuestos por un antiprotón y un positrón, pero se aniquilaron rápidamente, lo que hizo imposible estudiar sus propiedades. Ahora, los científicos nucleares han logrado montar un sistema que crea un campo magnético complejo, que permite retener átomos que antes eran esquivos. Y aunque el tiempo durante el cual se registró el antihidrógeno fue de sólo una décima de segundo, según los científicos, esto es suficiente para tomar espectros y realizar un estudio detallado de las partículas. Los físicos del CERN de la colaboración ALPHA lograron evitar que las partículas de antimateria se aniquilaran durante 1.000 segundos. El antihidrógeno con el que trabajaron los científicos se obtuvo de varias decenas de millones de antiprotones y positrones, cuya fuente fue el isótopo de sodio 22 Na. A esto le siguió una limpieza en varias etapas. Después de esto, varios miles de átomos de antimateria cayeron en una trampa magnética.

Cuando la antimateria se aniquila con la materia, la energía en reposo se convierte en energía cinética rayos gamma generados. La energía en reposo es la reserva de energía más grande y concentrada del Universo. Y solo durante la aniquilación se libera por completo, convirtiéndose en otros tipos de energía. Por tanto, la antimateria es la fuente de energía más perfecta, el “combustible” más rico en calorías. Es difícil decir ahora si la humanidad algún día podrá utilizar este “combustible”.

DECAIMIENTO DE NEUTRON. DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRIO Naturaleza de la desintegración β Después de que el electrón abandona el núcleo, la carga del núcleo y, por tanto, el número de protones, aumenta en uno. El número de masa del núcleo no cambia. Esto significa que el número de neutrones disminuye en uno. En consecuencia, dentro de los núcleos β-radiactivos, un neutrón es capaz de descomponerse en un protón y un electrón. El protón permanece en el núcleo y el electrón sale volando. Sólo en los núcleos estables los neutrones son estables. Durante la desintegración beta, el núcleo emite un electrón. Pero no hay ningún electrón en el núcleo. ¿De dónde viene? Pero esto es lo que es extraño. Núcleos absolutamente idénticos emiten electrones de diferentes energías. Los núcleos recién formados, sin embargo, son exactamente iguales sin importar cuál sea la energía del electrón emitido. Esto contradice la ley de conservación de la energía, ¡la ley física más fundamental! ¡¡¡La energía del núcleo inicial resulta desigual a la suma de las energías del núcleo final y del electrón!!!

Hipótesis de Pauli El físico suizo W. Pauli sugirió que, junto con un protón y un electrón, durante la desintegración de un neutrón, nace una especie de partícula "invisible", que se lleva la energía faltante. Esta partícula no es detectada por los instrumentos porque no lleva carga eléctrica y no tiene masa en reposo. Esto significa que no es capaz de ionizar átomos ni de dividir núcleos, es decir, no puede provocar efectos por los que se pueda juzgar la apariencia de una partícula. Pauli sugirió que la partícula hipotética simplemente interactuaba muy débilmente con la materia y, por lo tanto, podía atravesar un gran espesor de materia sin ser detectada.

Fermi llamó a esta partícula neutrino, que significa "neutrón". La masa en reposo del neutrino, como predijo Pauli, resultó ser cero. Detrás de estas palabras se esconde un significado sencillo: no hay neutrinos en reposo. Apenas tuvo tiempo de nacer y el neutrino se mueve inmediatamente a una velocidad de 300.000 km/s. Calculamos cómo interactúan los neutrinos con la materia en una capa de cierto espesor. El resultado no fue nada tranquilizador en cuanto a la posibilidad de detectar experimentalmente esta partícula. Un neutrino puede recorrer en plomo una distancia igual a la distancia recorrida por la luz en el vacío en varios años.

DESCOMPOSICIÓN DE NEUTRON LIBRE El papel de los neutrinos no se limita a explicar la desintegración β de los núcleos. Muchas partículas elementales en estado libre se desintegran espontáneamente con la emisión de neutrinos. Así es exactamente como se comporta un neutrón. Sólo en los núcleos un neutrón adquiere estabilidad debido a la interacción con otros nucleones. Un neutrón libre vive una media de 16 minutos. Esto se demostró experimentalmente sólo después de que se construyeron reactores nucleares que producían potentes haces de neutrones. Un neutrino (símbolo ν) tiene una antipartícula llamada antineutrino (símbolo ν con una barra). Cuando un neutrón se desintegra en un protón y un electrón, lo que se emite es el antineutrino: la energía del neutrón es siempre mayor que la suma de las energías del protón y del electrón. El exceso de energía es eliminado del antineutrino.

Descubrimiento experimental de neutrinos A pesar de su carácter esquivo, los neutrinos (más precisamente, los antineutrinos), después de casi 26 años de su “existencia fantasma” en las revistas científicas, fueron descubiertos experimentalmente. La teoría predijo que cuando un antineutrino choca con un protón, aparecerán un positrón y un neutrón: + La probabilidad de tal proceso es baja debido a la monstruosa capacidad de penetración del antineutrino. Pero si hay muchos antineutrinos, entonces podemos esperar detectarlos.

Estación de neutrinos de Baksan En el desfiladero de Baksan, en el Cáucaso, se abrió un túnel de dos kilómetros de longitud en una roca monolítica y se construyó un laboratorio científico, protegido de los rayos cósmicos por una roca de varios kilómetros de espesor. El laboratorio alberga equipos para registrar neutrinos solares y neutrinos espaciales.

BOSONES INTERMEDIOS: PORTADORES DE INTERACCIONES DÉBILES No se puede causar la desintegración de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino. fuerzas nucleares, ya que el electrón no experimenta interacciones fuertes y, por lo tanto, no puede crearse debido a ellas. El nacimiento de electrones es posible bajo la influencia de fuerzas electromagnéticas. Pero también existe un antineutrino que carece de carga eléctrica y no participa en interacciones electromagnéticas. La misma situación surge durante la desintegración de los mesones π y otras partículas con la emisión de neutrinos o antineutrinos. Por lo tanto, debe haber otras interacciones responsables de la desintegración del neutrón (y de muchas otras partículas). Esto es realmente cierto. Hay un cuarto tipo de fuerza en la naturaleza: las interacciones débiles. Son estas fuerzas las principales protagonistas de la tragedia de la muerte de las partículas.

Estas interacciones se llaman débiles porque en realidad son débiles: ¡entre 10 y 14 veces más débiles que las nucleares! Siempre se pueden ignorar cuando se producen interacciones fuertes o electromagnéticas. Pero hay muchos procesos que sólo pueden ser causados ​​por interacciones débiles. Debido a su pequeño valor, las interacciones débiles no afectan significativamente el movimiento de las partículas. No los aceleran ni los frenan. Las interacciones débiles no son capaces de mantener partículas cerca unas de otras para formar estados unidos. Sin embargo, se trata de fuerzas en el mismo sentido que las electromagnéticas y las nucleares. Lo principal en cualquier interacción es el nacimiento y destrucción de partículas. Es decir, estas funciones (especialmente la última) se realizan mediante interacciones débiles de forma lenta, pero absolutamente rigurosa.

Las interacciones débiles no son nada infrecuentes. Al contrario, son sumamente UNIVERSALES. Todas las partículas participan en ellos. Todas las partículas tienen una carga, o más precisamente, una constante de interacciones débiles. Pero sólo para las partículas que participan en otras interacciones, la capacidad de realizar interacciones débiles no es importante. Solo los neutrinos son incapaces de realizar otras interacciones que las débiles (con la excepción de las ultradébiles, las gravitacionales). El papel de las interacciones débiles en la evolución del Universo no es pequeño. Si se desactivaran las interacciones débiles, el Sol y otras estrellas se apagarían.

Las interacciones "rápidas" y "lentas" son mejores que las "fuertes" y las "débiles" no son débiles en absoluto en el sentido de que no pueden hacer nada sobresaliente en el micromundo. Pueden provocar el colapso de cualquier partícula que tenga masa en reposo, siempre que las leyes de conservación lo permitan. El cumplimiento de la última condición es muy importante. De lo contrario, los neutrones en los núcleos serían inestables y no habría nada en la naturaleza excepto hidrógeno. Los efectos de las interacciones débiles ocurren muy raramente. En este sentido, son más lentos que débiles y son como un levantador de pesas que puede levantar una barra enorme, pero sólo muy, muy lentamente. Las interacciones fuertes (nucleares) son las interacciones más rápidas y las transformaciones de partículas elementales que provocan ocurren con mucha frecuencia. Las interacciones electromagnéticas funcionan más lentamente que las fuertes, pero aún así infinitamente más rápido que las débiles. El tiempo característico de las interacciones débiles es de 10 -10 s frente a 10 -21 C para las electromagnéticas. Sin embargo, a altas energías de partículas en colisión del orden de cien mil millones de electronvoltios, las interacciones débiles dejan de serlo en comparación con las electromagnéticas.

Cómo se producen las interacciones débiles Durante mucho tiempo se creyó que se producían interacciones débiles entre cuatro partículas en un mismo punto. En el caso de la desintegración de neutrones, se trata del propio neutrón, un protón, un electrón y un antineutrino. La correspondiente teoría cuántica de las interacciones débiles fue construida por E. Fermi, R. Feynman y otros científicos. Es cierto que, basándose en consideraciones generales sobre la unidad de las fuerzas de la naturaleza, se sugirió que las interacciones débiles, como todas las demás, deberían llevarse a cabo a través de algún tipo de campo "débil". En consecuencia, debe haber cuantos de este campo, partículas, portadores de interacción. Pero no hubo evidencia experimental de esto.

En los años 60 se dio un nuevo e importante paso en el desarrollo de la teoría de las interacciones débiles. Los físicos estadounidenses S. Weinberg, S. Glashow y el científico paquistaní A. Salam, que trabajaron en Trieste. Propusieron una hipótesis audaz sobre la unidad de las interacciones débiles y electromagnéticas. La hipótesis de Weinberg, Glashow y Salam se basó en el supuesto expresado anteriormente de que las interacciones débiles se llevan a cabo mediante el intercambio de partículas, llamadas bosones intermedios o vectoriales, de tres tipos: W +, W – y Z 0. Las dos primeras partículas tienen una carga igual a la elemental y la tercera es neutra.

La esencia de la nueva hipótesis es la siguiente: la naturaleza de las interacciones débiles y electromagnéticas es la misma en el sentido de que en el nivel más profundo su verdadera fuerza es la misma y los bosones intermedios interactúan con todas las partículas a distancias cortas de la misma manera que fotones con partículas cargadas. En consecuencia, a distancias muy cortas, las interacciones débiles deberían manifestarse con la misma fuerza que las electromagnéticas. ¿Por qué entonces estas interacciones siguen haciendo honor a su nombre? ¿Por qué los procesos que provocan avanzan mucho más lentamente que los procesos electromagnéticos? El radio de las interacciones débiles es mucho menor que el de las interacciones electromagnéticas. Por eso parecen más débiles que los electromagnéticos.

Diapositiva 1

Partículas elementales

Diapositiva 2

Introducción
Las partículas elementales, en el sentido exacto de este término, son partículas primarias, no descomponibles, de las que, según se supone, se compone toda la materia. El concepto de “Partículas elementales” en la física moderna expresa la idea de entidades primordiales que determinan todas las propiedades conocidas del mundo material, idea que surgió en las primeras etapas del desarrollo de las ciencias naturales y siempre ha jugado papel importante en su desarrollo.
La existencia de partículas elementales es una especie de postulado y comprobar su validez es una de las tareas más importantes de la física.

Diapositiva 3

Breve información histórica
El descubrimiento de las partículas elementales fue un resultado natural de los éxitos generales logrados por la física a finales del siglo XIX en el estudio de la estructura de la materia. Se preparó mediante estudios exhaustivos de los espectros ópticos de los átomos, el estudio de los fenómenos eléctricos en líquidos y gases, el descubrimiento de la fotoelectricidad, los rayos X y la radiactividad natural, que indicaban la existencia de una estructura compleja de la materia.
Descubrimiento: El electrón es el portador de la carga eléctrica elemental negativa en los átomos, 1897. Thompson. Los protones son partículas con una unidad de carga y masa positivas, 1919. Rutherford Neutron: una masa cercana a la masa de un protón, pero no tiene carga, 1932. Fotón Chadwick - 1900 Inició la teoría de Planck del neutrino, una partícula que casi no interactúa con la materia, 1930 Pauli

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Desde los años 30 hasta principios de los 50. El estudio de las partículas electrónicas estuvo estrechamente relacionado con el estudio de los rayos cósmicos. En 1932, K. Anderson descubrió en los rayos cósmicos un positrón (e+), una partícula con la masa de un electrón, pero con una carga eléctrica positiva. El positrón fue la primera antipartícula descubierta. En 1936, los físicos estadounidenses K. Anderson y S. Neddermeyer descubrieron, mientras estudiaban los rayos cósmicos, los muones (ambos signos de carga eléctrica), partículas con una masa de aproximadamente 200 masas electrónicas, pero que por lo demás tienen propiedades sorprendentemente cercanas a e-, e+. Finales de los 40 y principios de los 50. estuvieron marcados por el descubrimiento de un gran grupo de partículas con propiedades inusuales, llamadas “extrañas”.

Diapositiva 5

Propiedades básicas de las partículas elementales. Clases de interacción
Todas las partículas de electrones son objetos de masas y tamaños extremadamente pequeños. La mayoría de ellos tienen masas del orden de la masa del protón, igual a 1,6 × 10-24 g (sólo la masa del electrón es notablemente menor: 9 × 10-28 g). Los tamaños determinados experimentalmente del protón, el neutrón y el mesón p son iguales en orden de magnitud a 10-13 cm. Los tamaños del electrón y del muón no se pudieron determinar, sólo se sabe que son menores de 10-15; cm. Las masas y tamaños microscópicos de las partículas de electrones constituyen la base de la especificidad cuántica de su comportamiento. Las longitudes de onda características que deberían atribuirse a las partículas de electrones en la teoría cuántica son de un orden de magnitud cercano a las dimensiones típicas en las que se produce su interacción (por ejemplo, para el mesón p 1,4 × 10-13 cm). Esto lleva al hecho de que las leyes cuánticas son decisivas para las partículas electrónicas.

Diapositiva 6

La propiedad cuántica más importante de todas las partículas de electrones es su capacidad de crearse y destruirse (emitirse y absorberse) al interactuar con otras partículas. En este sentido son completamente análogos a los fotones.
Determinan la conexión de protones y neutrones en los núcleos de los átomos y proporcionan la fuerza excepcional de estas formaciones, que es la base de la estabilidad de la materia en condiciones terrestres.
En particular, las interacciones electromagnéticas son responsables de la unión de los electrones atómicos con los núcleos y de la unión de los átomos en las moléculas.
Las interacciones débiles dan lugar a procesos que ocurren muy lentamente con los electrones y también provocan desintegraciones lentas.

Diapositiva 7

Se caracteriza principalmente por el hecho de que tienen interacciones fuertes, junto con interacciones electromagnéticas y débiles.
participar sólo en interacciones electromagnéticas y débiles

Diapositiva 8

Diapositiva 9

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Algunos problemas generales de la teoría de partículas
Se desconoce cuál es el número total de leptones, quarks y diversas partículas vectoriales y si existen principios físicos que determinen este número.

Las razones de la división de partículas con espín 1/2 en 2 grupos diferentes no están claras: leptones y quarks. El origen de los números cuánticos internos de los leptones y quarks (L, B, 1, Y, Ch) y tales características de los quarks. y los gluones como "color" no está claro en qué medida las libertades están relacionadas con los números cuánticos internos. Qué mecanismo determina las masas del verdadero E. ch. cap.

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Conclusión

Por tanto, la tendencia emergente hacia la consideración simultánea de varias clases de interacciones de partículas electrónicas probablemente debería completarse lógicamente incluyendo la interacción gravitacional en el esquema general. Es sobre la base de la consideración simultánea de todos los tipos de interacciones que lo más probable es que se pueda esperar la creación de una futura teoría de las partículas electrónicas.


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Prueba 1. ¿Qué sistemas físicos se forman a partir de partículas elementales como resultado de la interacción electromagnética? A. Electrones, protones. B. Núcleos atómicos. B. Átomos, moléculas de materia y antipartículas. 2. Desde el punto de vista de la interacción, todas las partículas se dividen en tres tipos: A. Mesones, fotones y leptones. B. Fotones, leptones y bariones. B. Fotones, leptones y hadrones. 3. ¿Cuál es el factor principal en la existencia de partículas elementales? A. Transformación mutua. B. Estabilidad. B. La interacción de partículas entre sí. 4. ¿Qué interacciones determinan la estabilidad de los núcleos de los átomos? A. Gravitacional. B. Electromagnético. B. Nucleares. D. Débil.


6. La realidad de la transformación de la materia en un campo electromagnético: A. Confirmada por la experiencia de la aniquilación de un electrón y un positrón. B. Confirmado por el experimento de aniquilación de electrones y protones. 7. Reacción de transformación de la materia en campo: A. e + 2γ→e+B. e + 2γ→e- B.e+ +e- =2γ. 8. ¿Qué interacción es responsable de la transformación de partículas elementales entre sí? A. Fuerte interacción. B. Gravitacional. B. Interacción débil D. Fuerte, débil, electromagnética. Respuestas: B; EN; A; EN; B; A; EN; D. 5. ¿Existen partículas inmutables en la naturaleza? R. Las hay. B. No existen.

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1964 Gell-Mann y Zweig: hipótesis sobre la existencia de quarks. Quarks era el nombre que recibían todas las supuestas “partículas elementales reales” que componen todos los mesones, bariones y resonancias. Para formar tales partículas, los quarks debían tener cargas +2\3 y -1\3. ¡¡No conocíamos tales partículas!!

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


El mismo número de antiquarks Según el principio de Pauli: en un sistema de partículas interconectadas nunca existen al menos dos partículas con parámetros idénticos si estas partículas tienen espín semientero.

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Omega - menos - hiperón consta de tres quarks idénticos. ¿Violación de principios? ¿Son idénticos los quarks? No pueden ser idénticos, por lo que se diferencian en algunas propiedades desconocidas. Estas nuevas propiedades son cargas de color. Hay tres tipos (colores) de carga en los quarks. Rojo, azul, amarillo. Los antiquarks tienen: carga anti-roja, anti-azul, anti-amarilla. Los quarks con la misma carga eléctrica tienen cargas de diferente color y existe una fuerza de atracción entre ellos debido a la interacción del color. La teoría que describe la interacción del color es la cromodinámica.

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¡No existen CUARKS libres en la naturaleza! La intensidad de la interacción del color aumenta al aumentar la distancia al quark. Cuando se rompe el vínculo entre quarks, nace un par “quark-antiquark”. La interacción cromática la proporcionan los GLUONES. Una combinación de tres colores y tres anticolores da ocho gluones diferentes. Hoy en día se cree que en la naturaleza existen 36 quarks, 8 gluones, 12 leptones y fotones, un total de 57 partículas “más elementales”.

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