фізика 4/20

 24.01.2024

Уроки 75, 76

Тема 1. Елементарні частинки. Загальна характеристика елементарних частинок.

Тема 2. Кварки. Космічне випромінювання. Методи реєстрації елементарних частинок

Завдання:

1. Опрацювати теоретичний матеріал, нище за посиланням
2. Переглянути відео, записати конспект в зошит

https://www.youtube.com/watch?v=XrSJfA6AHg4

https://www.youtube.com/watch?v=kyYYXk6gpfA

У самому слові «елементарна» закладено подвійний зміст. З одного боку, елементарний — це найпростіший, з другого боку, під елементарним розуміють щось фундаментальне, що лежить в основі речей. Саме в цьому розумінні і називають субатомні частинки (частинки, з яких складаються атоми) елементарними.

Жодна із частинок не існує вічно. Більшість елементарних частинок не може проіснувати більше від двох мільйонних частинок секунди, навіть тоді, коли немає жодного зовнішнього впливу. Наприклад, вільний нейтрон (нейтрон поза атомним ядром) існує в середньому 15 хв.

Тільки такі частинки, як фотон, електрон, протон і нейтрино, могли б залишитися незмінними, якби кожна з них була одна на світі.

Але разом з електронами і протонами існують позитрони і антипротони, від зіткнення з якими частинки взаємно знищуються і утворюються нові.

Фотон, випромінений настільною лампою, існує не довше від 10-8 с. Це той час, який йому потрібен, щоб долетіти до сторінки книжки і поглинутися папером.

Лише нейтрино майже вічне, тому що воно надзвичайно слабко взаємодіє з іншими частинками. Але й нейтрино гинуть від зіткнення з іншими частинками, хоч такі зіткнення трапляються рідко. Усі елементарні частинки перетворюються одна в одну, і ці взаємні перетворення — основний факт їхнього існування.

На малюнку 3.29 ви бачите результат зіткнення ядра Карбону, що мало енергію 60 млрд еВ, з ядром Аргентуму фотоемульсії. Ядро розпадається на уламки, які розлітаються в усі боки. Одночасно народжується багато нових елементарних частинок — піонів.

Мал. 3.29

За сучасними уявленнями, елементарні частинки — це первинні частинки, які далі не розкладаються, з них складається вся матерія. Проте неподільність елементарних частинок не означає, що вони не мають внутрішньої структури.

Існування двійника електрона-позитрона теоретично передбачив англійський фізик Поль Дірак (1902-1984) у 1931 р.

Через два роки позитрон виявили за допомогою камери Вільсона, вміщеної в магнітне поле. Напрямок викривлення треку частинки вказував на знак її заряду, а за радіусом кривизни й енергією частинки визначили відношення її заряду до маси. Воно за значенням таке саме, як і для електрона. На малюнку 3.30 ви бачите першу фотографію, яка довела існування позитрона. Частинка рухалася вгору і, пройшовши через свинцеву пластинку, втратила частину своєї енергії. Тому кривизна траєкторії збільшилася.

Мал. 3.30

Процес утворення пари електрон-позитрон γ-квантом у свинцевій пластинці видно на фотографії (мал. 3.31). У камері Вільсона, вміщеній у магнітне поле, пара залишає характерний слід у вигляді дворогої вилки.

Мал. 3.31

Те, що зникнення одних частинок і поява інших під час реакції між елементарними частинками — це перетворення, а не просто виникнення нової комбінації складових частин старих частинок, особливо виявляється саме під час анігіляції пари електрон-позитрон. Обидві ці частинки мають певну масу у стані спокою — електричні заряди.

Порівняно недавно виявили антипротон і антинейтрон. Електричний заряд антипротона негативний.

Космічне випромінювання — потік атомних ядер (в основному протонів), що потрапляє на Землю зі світового простору й утворює в земній атмосфері вторинне випромінювання, у якому виявлено багато елементарних частинок.