Физика 11 класс (Урок№30 - Фундаментальные частицы и фундаментальные взаимодействия.)

Описание

Физика 11 класс (Урок№30 - Фундаментальные частицы и фундаментальные взаимодействия.)

Цель: формирование представлений о фундаментальных взаимодействиях, фундаментальных частицах, ускорителях заряженных частиц, современной физической картине мира.
Задачи:
- научиться сравнивать типы фундаментальных взаимодействий;
- рассмотреть решение задач на применение знаний о фундаментальных частицах и фундаментальных взаимодействиях;
- выявить роль ускорителей в изучении элементарных частиц.

мы узнаем:
- о видах фундаментальных взаимодействий;
- об ускорителях и их роли в изучении элементарных частиц;
- о современной физической картине мира;
мы научимся:
- сравнивать виды фундаментальных взаимодействий;
- определять какие кванты соответствуют фундаментальным взаимодействиям;
мы сможем:
- называть основные виды ускорителей элементарных частиц;
- определять виды ускорителей.

На уроке мы узнали, что в природе существует четыре типа фундаментального взаимодействия: гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное.
Теории фундаментального взаимодействия:
- гравитационного – общая теория относительности (ОТО);
- слабого – теория электрослабого взаимодействия (ТЭВ);
- электромагнитного – квантовая электродинамика (КЭД);
- сильного – квантовая хромодинамика (КХД).
Стандартная модель – теория в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия всех элементарных частиц.
Материя состоит из 24 частиц – 6 видов кварков и 6 видов лептонов, при этом каждой частице соответствует античастица (всего 12 античастиц).
Кварк – фундаментальная частица, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3.
Существует шесть кварковых ароматов, по числу типов кварков: u,d,s c,b,t. Каждый из ароматов кварка имеет цвет – красный, зелёный и синий.
Ускоритель заряженных частиц – класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий.
Конструктивно ускорители делят на линейные и циклические.
Физическая картина мира – это совокупность представлений о мире и его процессах, полученных на основе экспериментальных исследований и дальнейшего теоретического осмысления результатов.

Дополнительная сцена с объясняющим содержанием
Ускорители заряженных частиц
Проникновению в тайны мироздания способствуют исследования в области физики высоких энергий. Эти исследования проводятся на ускорителях. Впервые идея циклотрона содержалась в патентной заявке Сциларда, относящейся приблизительно к 1928 году. Первый циклотрон был создан в 1932 году под руководством Лоуренса, за что он был удостоен Нобелевской премии в 1939 году.
О необходимости создания в Советском Союзе серьезной ускорительной базы впервые было заявлено на правительственном уровне в марте 1938 года. Группа исследователей Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) во главе с академиком Иоффе А.Ф. обратилась к председателю СНК СССР Молотову В.М. с письмом, в котором предлагалось создать техническую базу для исследований в области строения атомного ядра. В то время одной из центральных проблем естествознания был вопрос строения атомного ядра, а Советский Союз значительно отставал в этом направлении. На тот момент в Америке насчитывалось, по крайней мере, пять работающих циклотронов, а в Советском Союзе не было ни одного (единственный циклотрон Радиевого института АН (РИАН), пущенный в 1937 году, из-за явных дефектов проектирования практически не работал).
В марте 1957 года в подмосковной Дубне был запущен первый в стране и четвёртый в мире синхрофазотрон, который сразу стал рекордным: максимальная энергия протонов составила 10 ГэВ.
25 марта 2016 года в Дубне началось строительство российского ускорителя ядерных частиц NICA. Это флагманский проект Объединённого института ядерных исследований. Проект NICA должен заработать к 2020 году. Он представляет собой гигантский коллайдер, который в лабораторных условиях позволит воссоздать экстремальные состояния материи в первые микросекунды существования Вселенной.
Распад и превращение фундаментальных частиц
Исследования распада и превращения фундаментальных частиц показали, что при этом выполняются некоторые новые законы сохранения. Эти законы позволяют объяснить, почему одни реакции возможны, а другие нет.
Возможна одна реакция распада нейтрона: n→p+e−+v∼e, но невозможна вторая:
n→p+e−+v∼e+ve, хотя известные законы сохранения выполняются. Для объяснения таких фактов было введено новое квантовое число – лептонный заряд L. У электрона и электронного нейтрино электронный лептонный заряд Le = 1, у позитрона и электронного антинейтрино Le = -1, у остальных частиц Le= 0. На основе эксперимента был сформулирован закон сохранения лептонного заряда. Тогда становится понятно, почему вторая реакция не может произойти, – при ней не сохраняется лептонный заряд.
Было замечено, что иногда при реакциях распада испускается другая частица – мюонное нейтрино (vμ).