Definição: Partículas elementares
ligue para um grupo grande
as menores partículas de matéria, não
sendo átomos ou atômicos
núcleos.
Partículas elementares:
elétrons
prótons
neutrino
nêutrons
múons
mésons
partículas estranhas
ressonâncias
"lindo"
partículas
fótons
partículas "encantadas"

Designação, massa, carga

Partícula
Elétron
Símbolo
0e
-1
Peso, kg
Carga, Cl
9*10-31
-1,6*10-19
Próton
1p
1
1,673*10-27
+1,6*10-19
Nêutron
1n
0
1,675*10-27
0
Fóton
γ
0
0

O número esmagador de alunos do ensino fundamental
partículas não são encontradas na natureza, porque
eles não são estáveis, eles são recebidos em
laboratórios. A principal forma de
obtendo colisão rapidamente
partículas estáveis ​​em andamento
da qual parte da energia cinética
partículas em movimento se transformam em
energia das partículas resultantes
Todos os processos de transformação de partículas
obedecer às leis de conservação (energia,
impulso, carga e uma série de outras quantidades,
específico para partículas elementares).

Convertibilidade
partículas elementares – uma das
as propriedades mais importantes.
Física moderna
partículas elementares
também chamado
FÍSICA ALTA
ENERGIA.

Os físicos americanos M. Gell-Mann e
G. Zweig propôs uma hipótese, segundo
do qual um próton consiste em três
cargas: -e/3, +2e/3, +2e/3. Partículas com
carga fracionária foi chamada de quarks.
Os nêutrons, de acordo com esta hipótese,
também consiste em três quarks,
tendo cargas: -e/3, -e/3, +2e/3. Então,
partículas elementares não são
formações sem estrutura.
De acordo com as ideias do moderno
físicos, prótons, nêutrons e outros
As partículas são formadas a partir de quarks, que são
tem eletricidade fracionada
encargos.

Antipartículas

Partículas com massa igual à massa de um elétron, mas
tendo uma carga positiva. Ela foi nomeada
pósitron (0e1).
A pesquisa mostrou que um pósitron pode
aparecem como resultado da interação de um quantum γ com
núcleo pesado, e sempre junto com um elétron:
γ + X → X + 0е-1 + 0е1
Conseqüentemente, o nascimento de um elétron-pósitron
par representa a transformação de um
partícula - fóton (γ-quantum) em duas outras partículas -
elétron e pósitron.

Um par elétron-pósitron pode ser gerado
apenas um fóton cuja energia não é menor
soma das energias de repouso do elétron e do pósitron:
hν ≥ 2mc2
Como a energia de repouso do elétron é
aproximadamente 0,5 MeV, então a energia mínima
o fóton é 1 MeV e seu comprimento de onda máximo é:
λmáx = hс/2moc2=10-12 m=10-3 nm.
No vácuo, um pósitron, como um elétron, é estável,
partícula estável. Mas ao nos encontrarmos
amigo, o elétron e o pósitron ANIQUILAM,
gerando fótons de alta energia: 0е-1+0е1→2γ
Durante a aniquilação da matéria e da antimatéria
energia colossal é liberada -
energia de descanso.

Posteriormente eles abriram
ANTI-PARTÍCULAS de outras partículas elementares.
Normalmente a antipartícula é denotada pela mesma letra,
como uma partícula, mas uma partícula ondulada é colocada acima dela
característica. Por exemplo, um próton é denotado
a letra p e o antipróton – p.

Interações Fundamentais
Forte
interação
Eletromagnético
interação
Gravitacional
interação
Fraco
interação

A interação forte é característica de pesado
partículas. É isso que determina a conexão dos prótons, e
nêutrons nos núcleos dos átomos.
Na interação eletromagnética
partículas eletricamente carregadas e fótons estão envolvidos.
Devido à interação eletromagnética, há
conexão de elétrons com núcleos em átomos e conexão de átomos em
moléculas. Interação eletromagnética
determina muitas propriedades macroscópicas
substâncias.
A interação fraca é comum a todos
outras partículas além dos fótons. Seu mais famoso
manifestação - decaimento beta de nêutrons e núcleos atômicos.
A interação gravitacional é inerente a tudo
corpos do Universo; manifesta-se na forma de forças do universal
gravidade. Essas forças garantem a existência de estrelas,
sistemas planetários, etc. No microcosmo gravitacional
a interação é extremamente fraca devido ao fato de que
as massas das partículas elementares são extremamente pequenas.

Tipo
interações
Forte
Raio
ações, m
Intensidade,
Vetores
unidades relativas interação
10-15
1
Glúons
∞
10-2
Fótons
10-18
10-10
Intermediário
novo
bósons
∞
10-38
Grávitons
Eletromagnético
Fraco
Gravitacional

Partículas elementares
Léptons
Hádrons
Hádrons (do grego - adros grandes,
forte.) – prótons, nêutrons e
outras partículas participam de todos
quatro interações.
Léptons (do grego – leptos –
mais leve, menor) – elétrons,
múons e outras partículas em três tipos
interação, exceto
forte.

?
Existem realmente
partículas elementares - primárias,
outras partículas indecomponíveis, de
que deveriam consistir
matéria?
Verdadeiramente
elementar
partículas
Léptons
Vetores
interações
Quarks

História da descoberta de partículas elementares

A primeira partícula elementar -
elétron - foi descoberto pelos ingleses
físico J. Thomson em 1897
Físico inglês E. Rutherford em 1919
Encontrado entre partículas eliminadas de
núcleos atômicos, prótons. Outra partícula
parte do núcleo, nêutron -
foi inaugurado em 1932 pela inglesa
físico J. Chadwick.

Físico suíço W. Pauli em 1930 Pela primeira vez
sugeriu que existem elementos elementares especiais
partículas - neutrino (diminutivo de nêutron),
sem carga e (possivelmente) massa.
A característica distintiva dos neutrinos é a sua enorme
capacidade de penetração, o que dificulta
detecção. Em 1934, E. Fermi, baseado em
hipótese do neutrino, construiu a teoria do decaimento β.
Os neutrinos foram descobertos experimentalmente em 1953.
Os físicos americanos F. Reines e K. Cowan.
O pósitron, a primeira antipartícula, foi descoberto
K. Andersen em 1932
Em 1936, K. Anderson e S. Neddermayer (EUA) sob
pesquisar raios cósmicos descoberto
múons com carga elétrica (ambos
sinais) - partículas com massa igual a aproximadamente 200
massas de elétrons, mas por outro lado - perto
propriedades do elétron (e do pósitron).

Em 1947, um grupo de físicos ingleses sob
A liderança de S. Powell em radiação cósmica
mésons foram descobertos (do grego Meson - média,
intermediário.).
Na década de 1960 foi descoberto grande número partículas,
extremamente instável, tendo muito pouco
vida (cerca de 10-24 - 10-23s). Essas partículas
chamadas ressonâncias, compõem
a maioria das partículas elementares.
Em 1976-1977 em experimentos de aniquilação de elétrons
e o pósitron, partículas “encantadas” foram descobertas.
Sua existência foi prevista pelo quark
hipótese da estrutura das partículas elementares.
Em 1983, os intermediários foram descobertos pela primeira vez
Bósons são um grupo de partículas pesadas que são
portadores de interação fraca. Abertura
novas partículas elementares continua através
dias de hoje.

CONCLUSÃO:

“E é um milagre que apesar
complexidade incrível
mundo que podemos descobrir
em suas aparições há alguns
padrão."
E. Schrodinger

Apresentação
concluído:
Gladchenko Maria e
Gladchenko Máximo.

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Legendas dos slides:

PARTÍCULAS ELEMENTARES

TRÊS ESTÁGIOS NO DESENVOLVIMENTO DA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES Quando o filósofo grego Demócrito chamou as partículas mais simples e indivisíveis de átomos (a palavra átomo, lembramos, significa indivisível), então, em princípio, tudo provavelmente não lhe parecia muito complicado. Vários objetos, plantas e animais são construídos a partir de partículas indivisíveis e imutáveis. As transformações observadas no mundo são um simples rearranjo de átomos. Tudo no mundo flui, tudo muda, exceto os próprios átomos, que permanecem inalterados. Estágio um. Do elétron ao pósitron 1897-1932. Mas no final do século XIX. estava aberto estrutura complexaátomos e o elétron foi isolado como parte integrante do átomo. Já no século XX, foram descobertos o próton e o nêutron – partículas que compõem o núcleo atômico. No início, todas essas partículas eram vistas exatamente como Demócrito olhava para os átomos: eram consideradas essências primárias indivisíveis e imutáveis, os blocos básicos de construção do universo. (c. 470 ou 460 - 360 aC) DEMÓCRITO

Estágio dois. Do pósitron aos quarks 1932 - 1970. TRÊS ESTÁGIOS NO DESENVOLVIMENTO DA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES A situação de clareza atraente não durou muito. Tudo acabou sendo muito mais complicado: no fim das contas, não existem partículas imutáveis. A própria palavra elementar tem um duplo significado. Por um lado, o elementar é óbvio, o mais simples. Por outro lado, por elementar entendemos algo fundamental que está na base das coisas (é neste sentido que as partículas subatômicas (as partículas das quais os átomos são feitos) são agora chamadas de elementares). O simples fato a seguir nos impede de considerar as partículas elementares atualmente conhecidas como semelhantes aos átomos imutáveis ​​de Demócrito. Nenhuma das partículas é imortal. A maioria das partículas hoje chamadas de elementares não consegue sobreviver por mais de dois milionésimos de segundo, mesmo na ausência de qualquer influência externa. Apenas quatro partículas - fóton, elétron, próton e neutrino - poderiam permanecer inalteradas se cada uma delas estivesse sozinha no mundo inteiro.

Mas os elétrons e os prótons têm os irmãos mais perigosos, os pósitrons e os antiprótons, após a colisão com os quais essas partículas se destroem mutuamente e novas são formadas. Um fóton emitido por um abajur não dura mais que 10 -8 s. É o tempo que leva para chegar à página do livro e ser absorvido pelo papel. Apenas o neutrino é quase imortal devido ao fato de interagir de forma extremamente fraca com outras partículas. No entanto, os neutrinos também morrem quando colidem com outras partículas, embora tais colisões sejam extremamente raras. Assim, na eterna busca para encontrar o imutável no nosso mundo em mudança, os cientistas encontraram-se não sobre “fundações de granito”, mas sobre “areia movediça”. Todas as partículas elementares se transformam umas nas outras, e essas transformações mútuas são o principal fato de sua existência.

A ideia da imutabilidade das partículas elementares revelou-se insustentável. Mas a ideia de sua indecomponibilidade permaneceu. As partículas elementares não são mais indivisíveis, mas são inesgotáveis ​​em suas propriedades. Quando partículas de energia ultra-alta colidem, as partículas não são esmagadas em algo que poderia ser chamado de partes constituintes. Não, eles dão origem a novas partículas dentre aquelas que já aparecem na lista das partículas elementares. Quanto maior a energia das partículas em colisão, maior o número e, além disso, mais pesadas, nascem as partículas. Isso é possível porque à medida que a velocidade aumenta, a massa das partículas aumenta. A partir de apenas um par de partículas quaisquer com massa aumentada, é possível, em princípio, obter todas as partículas atualmente conhecidas. Resultado da colisão de um núcleo de carbono, que tinha energia de 60 bilhões de eV (linha superior grossa), com um núcleo prateado de uma emulsão fotográfica. O núcleo se divide em fragmentos que voam em diferentes direções. Ao mesmo tempo, nascem muitas novas partículas elementares - píons. Reações semelhantes em colisões de núcleos relativísticos produzidos em um acelerador foram realizadas pela primeira vez no mundo em 1976 no Laboratório de Alta Energia do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna, sob a liderança do Acadêmico A. M. Baldin.

É claro que em colisões de partículas com energia que ainda não está disponível, também nascerão algumas novas partículas desconhecidas. Mas isto não mudará a essência da questão. Novas partículas nascidas durante colisões não podem de forma alguma ser consideradas como componentes de partículas “parentais”; Afinal, as partículas “filhas”, se aceleradas, podem, sem alterar sua natureza, mas apenas aumentando sua massa, por sua vez, durante as colisões, dar origem a várias partículas exatamente iguais aos seus “pais”, e até mesmo muitos outras partículas. De acordo com os conceitos modernos, as partículas elementares são as partículas primárias e indecomponíveis a partir das quais toda a matéria é construída. No entanto, a indivisibilidade das partículas elementares não significa que lhes falte uma estrutura interna.

Estágio três. Da hipótese do quark até os dias atuais. TRÊS ESTÁGIOS NO DESENVOLVIMENTO DA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES 1964 - ... Nos anos 60. surgiram dúvidas de que todas as partículas agora chamadas de elementares justificam plenamente seu nome. Alguns deles, talvez até a maioria deles, não levam esse nome merecidamente. O motivo da dúvida é simples: existem muitas dessas partículas.

A descoberta de uma nova partícula elementar sempre foi e ainda é um notável triunfo da ciência. Mas já há algum tempo, uma parcela de ansiedade começou a se misturar a cada triunfo sucessivo. Os triunfos começaram a seguir-se literalmente um após o outro. Um grupo de partículas chamadas “estranhas” foi descoberto: mésons K e hiperons com massas superiores à massa dos núcleons. Nos anos 70 um grande grupo de partículas “encantadas” com massas ainda maiores foi adicionado a elas. Foram descobertas partículas de vida extremamente curta com um tempo de vida da ordem de 10 -22 -10 -23 s. Essas partículas foram chamadas de ressonâncias e seu número ultrapassou duzentas. Em 1964, M. Gell-Mann e J. Zweig propuseram um modelo segundo o qual todas as partículas que participam de interações fortes (nucleares) são construídas a partir de partículas mais fundamentais (ou primárias) - quarks. Actualmente, quase ninguém duvida da realidade dos quarks, embora não tenham sido descobertos no estado livre.

DESCOBERTA DO PÓSITRON. ANTI-PARTÍCULAS A existência do gêmeo do elétron - o pósitron - foi teoricamente prevista pelo físico inglês P. Dirac em 1931. Paul Dirac (1902-1984) Paul Adrien Maurice Dirac - físico inglês, um dos criadores da mecânica quântica, estrangeiro membro correspondente da Academia de Ciências da URSS (1931). Desenvolvi estatística quântica (estatística Fermi-Dirac); a teoria relativística do movimento dos elétrons (equação de Dirac, 1928), que previu o pósitron, bem como a aniquilação e a produção de pares. Lançou as bases da eletrodinâmica quântica e da teoria quântica da gravidade. Prêmio Nobel(1933, com Erwin Schrödinger). Ao mesmo tempo, Dirac previu que quando um pósitron encontra um elétron, ambas as partículas deveriam desaparecer (aniquilar), gerando fótons de alta energia. O processo inverso também pode ocorrer - o nascimento de um par elétron-pósitron - por exemplo, quando um fóton de energia suficientemente alta colide (sua massa deve ser maior que a soma das massas restantes das partículas nascidas) com um núcleo.

1932 O pósitron foi descoberto usando uma câmara de nuvens colocada em um campo magnético. A direção da curvatura da trilha da partícula foi indicada pelo sinal de sua carga, e a razão entre sua carga e massa foi determinada a partir do raio de curvatura e da energia da partícula. Acabou sendo o mesmo em módulo que o do elétron. A primeira fotografia que prova a existência do pósitron. A partícula moveu-se de baixo para cima e, ao passar pela placa de chumbo, perdeu parte de sua energia. Por causa disso, a curvatura da trajetória aumentou.

O processo de criação de um par elétron-pósitron por um quantum ɣ em uma placa de chumbo. Em uma câmara de nuvens localizada em um campo magnético, o casal deixa um traço característico na forma de um garfo de dois chifres. O fato de que o desaparecimento (aniquilação) de algumas partículas e o aparecimento de outras durante as reações entre partículas elementares é precisamente uma transformação, e não apenas o surgimento de uma nova combinação de partes constituintes de partículas antigas, é especialmente revelado precisamente durante a aniquilação de um par elétron-pósitron. Ambas as partículas têm uma certa massa em repouso e cargas elétricas. Os fótons que nascem neste caso não têm carga e não possuem massa de repouso, pois não podem existir em estado de repouso.

Ao mesmo tempo, a descoberta do nascimento e aniquilação de pares elétron-pósitron causou verdadeira sensação na ciência. Até então, ninguém imaginava que o elétron, a mais antiga das partículas, o mais importante material de construção dos átomos, pudesse não ser eterno. Posteriormente, foram encontrados gêmeos (antipartículas) em todas as partículas. As antipartículas se opõem às partículas justamente porque quando qualquer partícula encontra a antipartícula correspondente, ocorre sua aniquilação, ou seja, ambas as partículas desaparecem, transformando-se em quanta de radiação ou outras partículas. O antipróton e o antinêutron foram descobertos há relativamente pouco tempo. A carga elétrica do antipróton é negativa.

Átomos cujos núcleos consistem em antinúcleons e a camada de pósitrons formam antimatéria. O anti-hidrogênio foi obtido experimentalmente. Em 1995, pela primeira vez, foi possível obter átomos de anti-hidrogênio, constituídos por um antipróton e um pósitron, mas eles se aniquilaram rapidamente, o que impossibilitou o estudo de suas propriedades. Agora, os cientistas nucleares conseguiram montar uma configuração que cria um campo magnético complexo, que torna possível reter átomos anteriormente indescritíveis. E embora o tempo de registro do anti-hidrogênio tenha sido de apenas um décimo de segundo, segundo os cientistas, isso é suficiente para obter espectros e realizar um estudo detalhado das partículas. Os físicos do CERN da colaboração ALPHA conseguiram impedir a aniquilação das partículas de antimatéria por 1000 segundos. O anti-hidrogênio com o qual os cientistas trabalharam foi obtido de várias dezenas de milhões de antiprótons e pósitrons, cuja fonte era o isótopo de sódio 22 Na. Isto foi seguido por uma limpeza em vários estágios. Depois disso, vários milhares de átomos de antimatéria caíram numa armadilha magnética.

Quando a antimatéria se aniquila com a matéria, a energia restante se transforma em energia cinética raios gama gerados. A energia de repouso é o maior e mais concentrado reservatório de energia do Universo. E somente durante a aniquilação ela é completamente liberada, transformando-se em outros tipos de energia. Portanto, a antimatéria é a fonte de energia mais perfeita, o “combustível” mais calórico. É difícil dizer agora se a humanidade algum dia conseguirá utilizar este “combustível”.

DECAIÇÃO DE NÊUTRONS. DESCOBERTA DO NEUTRIO Natureza do decaimento β Depois que o elétron deixa o núcleo, a carga do núcleo e, portanto, o número de prótons, aumenta em um. O número de massa do núcleo não muda. Isso significa que o número de nêutrons diminui em um. Conseqüentemente, dentro dos núcleos β-radioativos, um nêutron é capaz de decair em um próton e um elétron. O próton permanece no núcleo e o elétron sai voando. Somente em núcleos estáveis ​​os nêutrons são estáveis. Durante o decaimento beta, um elétron é emitido do núcleo. Mas não há elétron no núcleo. De onde isso vem? Mas aqui está o que é estranho. Núcleos absolutamente idênticos emitem elétrons de energias diferentes. Os núcleos recém-formados, entretanto, são exatamente os mesmos, independentemente da energia do elétron emitido. Isto contradiz a lei da conservação da energia – a lei física mais fundamental! A energia do núcleo inicial acaba sendo desigual à soma das energias do núcleo final e do elétron!!!

Hipótese de Pauli O físico suíço W. Pauli sugeriu que, junto com um próton e um elétron, durante o decaimento de um nêutron, nasce algum tipo de partícula “invisível”, que leva embora a energia que falta. Esta partícula não é detectada pelos instrumentos porque não carrega carga elétrica e não possui massa de repouso. Isso significa que não é capaz de ionizar átomos ou dividir núcleos, ou seja, não pode causar efeitos pelos quais se possa avaliar a aparência de uma partícula. Pauli sugeriu que a partícula hipotética simplesmente interage muito fracamente com a matéria e poderia, portanto, passar através de uma grande espessura de matéria sem ser detectada.

Fermi chamou essa partícula de neutrino, que significa “nêutron”. A massa restante do neutrino, como previu Pauli, acabou sendo zero. Por trás destas palavras existe um significado simples: não existem neutrinos em repouso. Mal teve tempo de nascer, o neutrino move-se imediatamente a uma velocidade de 300.000 km/s. Calculamos como os neutrinos interagem com a matéria em uma camada de certa espessura. O resultado acabou por estar longe de ser tranquilizador em termos da possibilidade de detectar experimentalmente esta partícula. Um neutrino pode percorrer uma distância em chumbo igual à distância percorrida pela luz no vácuo em vários anos.

DETERIORAÇÃO DE NÊUTRONS LIVRES O papel dos neutrinos não se limita a explicar o decaimento β dos núcleos. Muitas partículas elementares em estado livre decaem espontaneamente com a emissão de neutrinos. É exatamente assim que um nêutron se comporta. Somente nos núcleos um nêutron adquire estabilidade devido à interação com outros núcleons. Um nêutron livre vive em média 16 minutos. Isso foi comprovado experimentalmente somente depois que foram construídos reatores nucleares que produziam poderosos feixes de nêutrons. Um neutrino (símbolo ν) possui uma antipartícula chamada antineutrino (símbolo ν com uma barra). Quando um nêutron decai em um próton e um elétron, é o antineutrino que é emitido: a energia do nêutron é sempre maior que a soma das energias do próton e do elétron. O excesso de energia é retirado do antineutrino.

Descoberta experimental de neutrinos Apesar de sua indefinição, os neutrinos (mais precisamente, os antineutrinos), após quase 26 anos de sua “existência fantasma” em revistas científicas, foram descobertos experimentalmente. A teoria previa que quando um antineutrino atinge um próton, um pósitron e um nêutron aparecerão: + A probabilidade de tal processo é baixa devido à monstruosa capacidade de penetração do antineutrino. Mas se houver muitos antineutrinos, então podemos esperar detectá-los.

Estação de neutrinos de Baksan No desfiladeiro de Baksan, no Cáucaso, foi feito um túnel de dois quilômetros em uma rocha monolítica e um laboratório científico foi construído, protegido dos raios cósmicos por uma rocha com vários quilômetros de espessura. O laboratório abriga equipamentos para registro de neutrinos solares e neutrinos do espaço.

BÓSONES INTERMEDIÁRIOS - PORTADORES DE INTERAÇÕES FRACAS O decaimento de um nêutron em próton, elétron e antineutrino não pode ser causado forças nucleares, uma vez que o elétron não experimenta interações fortes e, portanto, não pode ser criado devido a elas. O nascimento de elétrons é possível sob a influência de forças eletromagnéticas. Mas também existe um antineutrino, que é desprovido de carga elétrica e não participa de interações eletromagnéticas. A mesma situação surge durante o decaimento de mésons π e outras partículas com emissão de neutrinos ou antineutrinos. Portanto, deve haver algumas outras interações responsáveis ​​pelo decaimento do nêutron (e de muitas outras partículas). Isso é realmente verdade. Existe um quarto tipo de força na natureza - interações fracas. São essas forças as principais protagonistas da tragédia da morte das partículas.

Essas interações são chamadas de fracas porque são realmente fracas: cerca de 10 14 vezes mais fracas que as nucleares! Eles sempre podem ser negligenciados onde ocorrem interações fortes ou eletromagnéticas. Mas existem muitos processos que só podem ser causados ​​por interações fracas. Devido ao seu pequeno valor, as interações fracas não afetam significativamente o movimento das partículas. Eles não os aceleram nem os retardam. Interações fracas são incapazes de manter quaisquer partículas próximas umas das outras para formar estados ligados. No entanto, estas são forças no mesmo sentido que as eletromagnéticas e nucleares. O principal em qualquer interação é o nascimento e a destruição de partículas. Ou seja, essas funções (especialmente a última) são executadas por interações fracas de forma lenta, mas absolutamente rigorosa.

Interações fracas não são incomuns. Pelo contrário, são extremamente UNIVERSAIS. Todas as partículas participam deles. Todas as partículas têm carga, ou mais precisamente, uma constante de interações fracas. Mas apenas para partículas que participam de outras interações a capacidade de interações fracas não é importante. Apenas os neutrinos são incapazes de quaisquer interações que não sejam as fracas (com exceção das ultrafracas - gravitacionais). O papel das interações fracas na evolução do Universo não é nada pequeno. Se as interações fracas fossem desligadas, o Sol e outras estrelas se apagariam.

“Rápido” e “lento” são melhores do que “forte” e “fraco”. As interações fracas não são nada fracas no sentido de que não podem fazer nada de extraordinário no micromundo. Eles podem causar o colapso de qualquer partícula que tenha massa de repouso, desde que isso seja permitido pelas leis de conservação. O cumprimento da última condição é muito importante. Caso contrário, os nêutrons nos núcleos seriam instáveis ​​e não haveria nada na natureza exceto hidrogênio. Os efeitos das interações fracas ocorrem muito raramente. Nesse sentido, eles são mais lentos do que fracos, e são como um levantador de peso que consegue levantar uma barra enorme, mas muito, muito lentamente. Interações fortes (nucleares) são as interações mais rápidas, e as transformações das partículas elementares que elas causam ocorrem com muita frequência. As interações eletromagnéticas funcionam mais lentamente que as fortes, mas ainda assim imensamente mais rápidas que as fracas. O tempo característico das interações fracas é de 10 -10 s versus 10 -21 C para as eletromagnéticas. No entanto, em altas energias de partículas em colisão, da ordem de cem bilhões de elétron-volts, as interações fracas deixam de ser fracas em comparação com as eletromagnéticas.

Como ocorrem as interações fracas Durante muito tempo, acreditou-se que as interações fracas ocorriam entre quatro partículas em um ponto. No caso do decaimento de nêutrons, estes são o próprio nêutron, um próton, um elétron e um antineutrino. A teoria quântica correspondente de interações fracas foi construída por E. Fermi, R. Feynman e outros cientistas. É verdade que, com base em considerações gerais sobre a unidade das forças da natureza, foi sugerido que as interações fracas, como todas as outras, deveriam ser realizadas através de algum tipo de campo “fraco”. Conseqüentemente, deve haver quanta deste campo - partículas - portadores de interação. Mas não havia nenhuma evidência experimental disso.

Um novo e importante passo no desenvolvimento da teoria das interações fracas foi dado na década de 60. Os físicos americanos S. Weinberg, S. Glashow e o cientista paquistanês A. Salam, que trabalharam em Trieste. Eles apresentaram uma hipótese ousada sobre a unidade das interações fracas e eletromagnéticas. A hipótese de Weinberg, Glashow e Salam baseou-se na suposição expressa anteriormente de que as interações fracas são realizadas pela troca de partículas, chamadas bósons intermediários ou vetoriais, de três tipos: W +, W – e Z 0. As duas primeiras partículas carregam carga igual à elementar e a terceira é neutra.

A essência da nova hipótese é a seguinte: a natureza das interações fracas e eletromagnéticas é a mesma no sentido de que no nível mais profundo sua verdadeira força é a mesma e os bósons intermediários interagem com todas as partículas em distâncias curtas da mesma maneira que fótons com partículas carregadas. Conseqüentemente, em distâncias muito curtas, as interações fracas devem se manifestar com a mesma força que as eletromagnéticas. Por que então essas interações ainda fazem jus ao seu nome? Por que os processos que eles causam ocorrem muito mais lentamente do que os processos eletromagnéticos? O raio das interações fracas é muito menor que o das interações eletromagnéticas. Por causa disso, eles parecem mais fracos que os eletromagnéticos.

Diapositivo 1

Partículas elementares

Diapositivo 2

Introdução
Partículas elementares, no sentido preciso deste termo, são partículas primárias, outras partículas indecomponíveis, das quais, por suposição, consiste toda a matéria. O conceito de “partículas elementares” na física moderna expressa a ideia de entidades primordiais que determinam todas as propriedades conhecidas do mundo material, ideia que se originou nos estágios iniciais do desenvolvimento das ciências naturais e sempre desempenhou um papel papel importante no seu desenvolvimento.
A existência de partículas elementares é uma espécie de postulado, e testar sua validade é uma das tarefas mais importantes da física.

Diapositivo 3

Breve informação histórica
A descoberta das partículas elementares foi um resultado natural dos sucessos gerais no estudo da estrutura da matéria alcançados pela física no final do século XIX. Foi preparado por estudos abrangentes do espectro óptico dos átomos, pelo estudo dos fenômenos elétricos em líquidos e gases, pela descoberta da fotoeletricidade, dos raios X e da radioatividade natural, que indicavam a existência de uma estrutura complexa da matéria.
Descoberta: O elétron é o portador da carga elétrica elementar negativa nos átomos, 1897. Thomson. Prótons são partículas com carga e massa positivas unitárias, 1919. Rutherford Neutron - uma massa próxima à massa de um próton, mas sem carga, 1932. Fóton Chadwick - 1900 Começou a teoria de Planck Neutrino - uma partícula que quase não interage com a matéria, 1930 Pauli

Diapositivo 4

Dos anos 30 ao início dos anos 50. O estudo das partículas eletrônicas estava intimamente relacionado ao estudo dos raios cósmicos. Em 1932, K. Anderson descobriu um pósitron (e+) nos raios cósmicos - uma partícula com massa de um elétron, mas com carga elétrica positiva. O pósitron foi a primeira antipartícula descoberta. Em 1936, os físicos americanos K. Anderson e S. Neddermeyer descobriram, enquanto estudavam os raios cósmicos, múons (ambos sinais de carga elétrica) - partículas com uma massa de aproximadamente 200 elétrons, mas surpreendentemente próximas em propriedades de e-, e+. Final dos anos 40 - início dos anos 50. foram marcadas pela descoberta de um grande grupo de partículas com propriedades incomuns, chamadas de “estranhas”.

Diapositivo 5

Propriedades básicas das partículas elementares. Aulas de interação
Todas as partículas de elétrons são objetos de massas e tamanhos extremamente pequenos. A maioria deles tem massas da ordem da massa do próton, iguais a 1,6 × 10-24 g (apenas a massa do elétron é visivelmente menor: 9 × 10-28 g). Os tamanhos determinados experimentalmente do próton, do nêutron e do méson p são iguais em ordem de grandeza a 10-13 cm. Os tamanhos do elétron e do múon não puderam ser determinados, sabe-se apenas que eles são menores que 10-15; cm. As massas e tamanhos microscópicos das partículas de elétrons formam a base da especificidade quântica de seu comportamento. Os comprimentos de onda característicos que devem ser atribuídos às partículas de elétrons na teoria quântica são da ordem de grandeza próxima às dimensões típicas nas quais sua interação ocorre (por exemplo, para o méson p 1,4 × 10-13 cm). Isto leva ao fato de que as leis quânticas são decisivas para as partículas eletrônicas.

Diapositivo 6

A propriedade quântica mais importante de todas as partículas de elétrons é sua capacidade de serem criadas e destruídas (emitidas e absorvidas) ao interagir com outras partículas. Neste aspecto eles são completamente análogos aos fótons
Eles determinam a ligação de prótons e nêutrons nos núcleos dos átomos e proporcionam a força excepcional dessas formações, que é a base da estabilidade da matéria nas condições terrestres.
As interações eletromagnéticas, em particular, são responsáveis ​​pela conexão dos elétrons atômicos com os núcleos e pela conexão dos átomos nas moléculas.
Interações fracas dão origem a processos que ocorrem muito lentamente com os elétrons e também causam decaimentos lentos.

Diapositivo 7

caracterizado principalmente pelo fato de terem interações fortes, juntamente com interações eletromagnéticas e fracas.
participar apenas de interações eletromagnéticas e fracas

Diapositivo 8

Diapositivo 9

Diapositivo 10

Alguns problemas gerais da teoria das partículas
Não se sabe qual é o número total de léptons, quarks e diversas partículas vetoriais e se existem princípios físicos que determinam esse número.

As razões para a divisão de partículas com spin 1/2 em 2 grupos diferentes não são claras: léptons e quarks. A origem dos números quânticos internos de léptons e quarks (L, B, 1, Y, Ch) e tais características dos quarks. e glúons como “cor” não são claros. As liberdades estão relacionadas aos números quânticos internos. Qual mecanismo determina as massas do verdadeiro E. ch.

Diapositivo 11
Conclusão

Assim, a tendência emergente para a consideração simultânea de várias classes de interações de partículas eletrônicas provavelmente deveria ser logicamente completada pela inclusão da interação gravitacional no esquema geral. É com base na consideração simultânea de todos os tipos de interações que é mais provável esperar a criação de uma futura teoria das partículas eletrônicas.


Diapositivo 2

Teste 1. Quais sistemas físicos são formados a partir de partículas elementares como resultado da interação eletromagnética? A. Elétrons, prótons. B. Núcleos atômicos. B. Átomos, moléculas de matéria e antipartículas. 2. Do ponto de vista da interação, todas as partículas são divididas em três tipos: A. Mésons, fótons e léptons. B. Fótons, léptons e bárions. B. Fótons, léptons e hádrons. 3. Qual é o principal fator na existência das partículas elementares? A. Transformação mútua. B. Estabilidade. B. A interação das partículas entre si. 4. Que interações determinam a estabilidade dos núcleos nos átomos? A. Gravitacional. B. Eletromagnético. B. Nuclear. D. Fraco.


6. A realidade da transformação da matéria em campo eletromagnético: A. Confirmada pela experiência de aniquilação de um elétron e de um pósitron. B. Confirmado pela experiência de aniquilação de um elétron e de um próton. 7. Reação de transformação da matéria em campo: A. e + 2γ→e+B. e + 2γ→e- B.e+ +e- =2γ. 8. Que interação é responsável pela transformação das partículas elementares entre si? A. Forte interação. B. Gravitacional. B. Interação fraca D. Forte, fraco, eletromagnético. Respostas: B; EM; UM; EM; B; UM; EM; D. 5. Existem partículas imutáveis ​​na natureza? R. Existem. B. Eles não existem.

Diapositivo 4


1964 Gell-Mann e Zweig - hipótese sobre a existência de quarks. Quarks foi o nome dado a todas as supostas “partículas elementares reais” que constituem todos os mésons, bárions e ressonâncias. Para formar tais partículas, os quarks precisavam ter cargas +2\3 e -1\3. Não conhecíamos tais 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.


O mesmo número de antiquarks De acordo com o princípio de Pauli: num sistema de partículas interligadas nunca existem pelo menos duas partículas com parâmetros idênticos se estas partículas tiverem spin meio inteiro.

Diapositivo 5


Omega - menos - hiperon consiste em três quarks idênticos. Violação de princípio?? Os quarks são idênticos?? Eles não podem ser idênticos, portanto diferem em algumas propriedades desconhecidas. Essas novas propriedades são cargas de cor. Existem três tipos (cor) de carga nos quarks. Vermelho, azul, amarelo. Os antiquarks possuem: carga anti-vermelha, anti-azul e anti-amarela. Quarks com as mesmas cargas elétricas possuem cargas de cores diferentes e existe uma força atrativa entre eles devido à interação de cores. A teoria que descreve a interação das cores é a cromodinâmica.

Diapositivo 6


Não existem QUARKS livres na natureza! As forças de interação de cores aumentam com o aumento da distância do quark. Quando a ligação entre os quarks é quebrada, nasce um par “quark-antiquark”. A interação de cores é fornecida pelos GLUONS. Uma combinação de três cores e três anticores dá oito glúons diferentes. Acredita-se hoje que na natureza existem 36 quarks, 8 glúons, 12 léptons e fótons, num total de 57 partículas “mais elementares”.

Diapositivo 7