Открытие позитрона. Античастицы.

Занятие по физике №37 № п/п-4 Группа 3ВГ Дата проведения: 24.02.21г.

Тема: Три этапа в развитии физики элементарных частиц. Открытие позитрона. Античастицы.

Выполненные задания отправлять на электронную почту: tatiefremenko@yandex.ua

или страницу вКОНТАКТЕ - https://vk.com/id592773352

Индивидуальные консультации, оценивание устных ответов по тел.:

0660627421, 0721813966 Ефременко Т.А.

Домашнее задание: прочитать §95, стр. 353, §96, стр. 357, ответить на вопросы стр.356, 358, составить краткий конспект занятия. Срок выполнения: до 02.03.21г.

Видеофильм просмотреть по ссылке: https://yandex.fr/video/preview/?text=открытие%20позитрона%20античастицы%20кратко&path=wizard&parent-reqid=1609616182466267-223575594696406720500107-production-app-host-vla-web-yp-361&wiz_type=v4thumbs&filmId=9568349088316008066

https://yandex.fr/video/preview/?text=три%20этапа%20в%20развитии%20физики%20элементарных%20частиц&path=wizard&parent-reqid=1609612747685617-350553326119651790200107-production-app-host-vla-web-yp-57&wiz_type=vital&filmId=15047617728856858982

Цели занятия:

Образовательные: систематизировать знания о строении атома, ввести понятия о новых элементарных частицах, обосновать взаимосвязь этапов развития физики элементарных частиц.

Развивающие: проверить уровень самостоятельного мышления обучающихся при работе с учебником, справочником; сформировать элементы творческого поиска.

Воспитательные: показать значение работ Э. Резерфорда, А.Ф. Иоффе для современной науки, воспитывать культуру логического мышления.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сегодня на занятии мы повторим наши знания о строении вещества, а также проведем сравнительный анализ этапов развития физики элементарных частиц.

Устный опрос

Какие частицы мы называем элементарными?
Назовите элементарные частицы?
Из каких частиц состоит атом?
Какие ученые давали свои прогнозы на строение атома?
Суть теории Томсона и Резерфорда?
Каков размер атома

2. Изучение нового материала.

Как нам уже известно, термин «АТОМ» был предложен Демокритом еще в глубокой древности. Современные исследования не только подтвердили его предположение, но и значительно расширили сведения о строении вещества. Данные исследования в этой области можно разделить на три этапа. Каждый из них нес собой свою особенность и принципиальное значение.

Работа с учебником (прочитать §95, стр. 353, составить таблицу и записать в рабочую тетрадь)

Продолжительность этапа	Название этапа	Основное содержание
1897-1932	От электрона до позитрона	Превращения в мире – это простая перестановка атомов. Все в мире изменяется кроме самих атомов, которые остаются неизменными. Открыто строение атомов, был выделен электрон, как составная часть атома.
1932-1964	От позитрона до кварков	Все элементарные частицы превращаются друг в друга. Эти превращения главный факт их существования. Элементарные частицы- это первичные неделимые далее частицы, из которых построена вся материя. Но неделимость не означает отсутствие у них внутренней структуры.
1964-….. до наших дней	От гипотезы о кварках до современности	Открытие группы «странных», «очарованных» частиц, резонансов. Открытие «кварков» их количества и дробности заряда.

ТРИ ЭТАПА В РАЗВИТИИ ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Этап первый

От электрона до позитрона: 1897-1932гг (Элементарные частицы - "атомы Демокрита" на более глубоком уровне)

Когда греческий философ Демокрит назвал простейшие, нерасчленимые далее частицы атомами, то ему все представлялось в принципе не очень сложным. Различные предметы, растения, животные построены из неделимых, неизменных частиц. Превращения, наблюдаемые в мире, - это простая перестановка атомов. Все в мире течет, все изменяется, кроме самих атомов, которые остаются неизменными.

Демокрит

Но в конце XIX века было открыто сложное строение атомов и был выделен электрон как составная часть атома. Затем, уже в XX веке, были открыты протон и нейтрон - частицы, входящие в состав атомного ядра. Поначалу на все эти частицы смотрели точь-в-точь, как Демокрит смотрел на атомы: их считали неделимыми и неименными первоначальными сущностями, основными кирпичиками мироздания.

Этап второй

От позитрона до кварков: 1932-1970гг (Все элементарные частицы превращаются друг в друга)

Однако ситуация привлекательной ясности длилась недолго. Все оказалось намного сложнее: как выяснилось, неизменных частиц нет совсем. В самом слове элементарная частица заключается двоякий смысл. С одной стороны, элементарный - это само собой разумеющийся, простейший. С другой стороны, под элементарным понимается нечто фундаментальное, лежащее в основе вещей. Считать известные сейчас элементарные частицы подобными неизменными атомам Демокрита мешает следующий простой факт. Ни одна из частиц не бессмертна. Большинство частиц, называемых сейчас элементарными, не могут прожить более двух миллионов долей секунды, даже в отсутствие какой-либо воздействие извне. Свободный нейтрон (нейтрон, находящийся вне атомного ядра) живет в среднем 15 минут. Лишь фотон, электрон, протон и нейтрино сохраняли бы свою неизменность, если бы каждая из них была одна в целом мире.

Но у электронов и протонов имеются опаснейшие собратья - позитроны и антипротоны, при столкновении с которыми происходит взаимное уничтожение этих частиц и образование новых.

Фотон, испущенный настольной лампой, живет не более 10-8с. Это то время, которое ему нужно, чтобы достичь страницы книги и поглотиться бумагой. Лишь нейтрино почти бессмертно из-за того, что оно чрезвычайно слабо взаимодействует с другими частицами, хотя такие столкновения случаются крайне редко. Итак, в извечном стремлении к отысканию неизменного в нашем изменчивом мире ученые оказались не на "гранитном основании", а на "зыбком песке". Все элементарные частицы превращаются друг в друга, и эти взаимные превращения - главный факт их существования. Представления о неизменности элементарных частиц оказались несостоятельными. Но идея об их неразложимости сохранилась.

Возможно, что при столкновении частиц с недоступной пока нам энергией будут рождаться и какие-то новые, еще неизвестные частицы. Но сути дела это не изменит. Рождаемые при столкновениях новые частицы никак нельзя рассматривать как составные части частиц - "родителей". Ведь "дочерние" частицы, если их ускорить, могут, не изменив своей природы, а только увеличив массу, породить в свою очередь при столкновениях сразу несколько таких же в точности частиц, какими были их "родители", да еще и множество других частиц. Итак, по современным представлениям элементарные частицы - это первичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя. Однако неделимость элементарных частиц не означает, что у них отсутствует внутренняя структура.

Этап третий

От гипотезы о кварках (1964г) до наших дней. (Большинство элементарных частиц имеет сложную структуру)

В 60-е годы возникли сомнения в том, что все частицы, называемые сейчас элементарными, полностью оправдывают это название. Основание для сомнений простое: этих частиц очень много.

Открытие элементарной частицы всегда составляла и сейчас составляет выдающийся триумф науки. Но уже довольно давно к каждому очередному триумфу начала примешиваться доля беспокойства. Триумфы стали следовать буквально друг за другом. Были открыта группа так называемых "странных" частиц: К-мезонов и гиперонов с массами, превышающими массу нуклонов. В 70-е годы к ним прибавилась большая группа "очарованных" частиц с еще большими массами. Кроме того, были открыты короткоживущие частицы с временем жизни порядка 10-22-10-23 с. Эти частицы были названы резонансами, и их число перевалило за двести.

Вот тогда-то в 1964г М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно которой все частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, построены из более фундаментальных частиц - кварков. В настоящее время в реальности кварков почти никто не сомневается, хотя в свободном состоянии они не обнаружены.

Открытие позитрона. Античастицы.

Позитрон (от англ. positive —положительный и «-трон») — античастица электрона. Относится к антивеществу, имеет электрический заряд +1, спин 1/2, лептонный заряд −1 и массу, равную массе электрона. Существование позитрона впервые было предположено в 1928 году Полем Дираком.

Теория Дирака описывала не только электрон с отрицательным электрическим зарядом, но и аналогичную частицу с положительным зарядом. Отсутствие такой частицы в природе рассматривалось как указание на «лишние решения» уравнений Дирака. Зато открытие позитрона явилось триумфом теории. Позитрон был открыт в 1932 году американским физиком Андерсоном при наблюдении космического излучения с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле.

Направление искривления трека частицы указывало знак ее заряда. По радиусу кривизны и энергии частицы было определено отношение ее заряда к массе. Полученное значение по модулю было равно значению электрона. На рисунке представлена одна из первых фотографий, доказавшая существование позитрона. Можно сделать вывод о том, что позитрон двигался снизу вверх, и, пройдя свинцовую пластинку, потерял часть своей энергии. В связи с этим кривизна траектории увеличилась.

Вы видите фотографию, на которой запечатлен процесс образования пары электрон - позитрон. В камере Вильсона, находящейся в магнитном поле, пара оставляет характерный след и виде двурогой вилки. В результате проведения данных исследований ученые смогли сделать вывод о том, что такие преобразования, связанные с исчезновением (аннигиляцией) частиц и образованием новых, является именно превращением. Особенно наглядно обнаруживается это при аннигиляции пары электрон — позитрон. Обе частицы обладают определенной массой в состоянии покоя и электрическими зарядами.

Фотоны же, которые при этом рождаются, не имеют зарядов и не обладают массой покоя, так как не могут существовать в состоянии покоя. В свое время открытие рождения и аннигиляции электронно-позитронных пар вызвало настоящую сенсацию в науке. До того никто не предполагал, что электрон, старейшая из частиц, важнейший строительный материал атомов, может оказаться не вечным. Впоследствии двойники — античастицы — были найдены у всех частиц. Античастицы противопоставляются частицам именно потому, что при встрече любой частицы с соответствующей античастицей происходит их аннигиляция. Обе частицы исчезают, превращаясь в кванты излучения или другие частицы. Сравнительно недавно были обнаружены антипротон и антинейтрон. Электрический заряд антипротона отрицателен. Атомы, ядра которых состоят из антинуклонов, а оболочка — из позитронов, образуют антивещество. В 1969 г. в нашей стране был впервые получен антигелий. Антивещество — самый совершенный источник энергии, самое калорийное «горючее». В состоянии ли будет человечество когда-либо это «горючее» использовать, сейчас сказать трудно. Сравнительно недавно обнаружены антипротон и антинейтрон. Электрический заряд антипротона отрицателен.

Сейчас хорошо известно, что рождение пары частица— античастица и их аннигиляция не составляют монополии электронов и позитронов.

Атомы, ядра которых состоят из антинуклонов, а оболочка — из позитронов, образуют антивещество. В 1969 г. в нашей стране был впервые получен антигелий.

При аннигиляции антивещества с веществом энергия покоя превращается в кинетическую энергию образующихся -квантов.

Энергия покоя — самый грандиозный и концентрированный резервуар энергии во Вселенной. И только при аннигиляции она полностью высвобождается, превращаясь в другие виды энергии. Поэтому антивещество — самый совершенный источник энергии, самое калорийное «горючее». В состоянии ли будет человечество когда-либо это «горючее» использовать, сейчас сказать трудно.

Можно надеяться, что недалеко то время, когда будет решена основная задача физики элементарных частиц и всей физики вообще. Будет получен спектр масс элементарных частиц и будет выяснено, чем определяются значения электрического заряда и других констант взаимодействия.

Подведение итогов занятия. Ответить на ???
1. В чем различие трех этапов развития физики элементарных частиц!
2. Электрон — самая легкая из заряженных частиц. Какой из известных вам законов сохранения запрещает превращение электрона в фотоны или нейтрино!
3. Перечислите все стабильные элементарные частицы.
4. Какова частота -квантов, возникающих при аннигиляции медленно движущихся электрона и позитрона!
5. Можно ли в пузырьковой камере наблюдать трек заряженной частицы с временем жизни 10^-23 с!
6. Что такое кварк!

Подведение итогов занятия. Проверка домашнего задания.

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 155; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!