close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

От атома до Космоса

код для вставкиСкачать
От атома до Космоса
Елементарни частици
Елементарни частици, или
от какво е създаден света
1. От какво е изградена материята?
2. Какви са силите,които задържат частиците
эаедно?
3. Защо природата ,като че ли предпочита
материята пред антиматерията?
4. Как е изглеждала Вселената в първите мигове
от своето съществуване?
5. Как да стигнем до тайните на природата?
6. Каква е ползата от изследванията свързани с
елементарните частици?
Елементарни частици
Характеристики на елементарните
частици;
Най- обща класификация на
елементарните частици;
Антиматерия;
Приложения на
изследванията на
елементарните частици
Малко история
4 периода в развитието на идеята за строежа на
веществото
2) Пиер Гасенди(1592-1655г.)
Идеята
за
прекъснатия
възражда
идеята
за атомизма,но
1) Демокрит-веществото има
затова
е подложен
на гонениееот
строеж
на
веществото
прекъснат
строеж.
цървата.
на повечесмятал,че
от 2300г.
Аристотел
Джон Долтън (Далтон)- 1766Демокрит
(3
век
пр.н.е.)
веществото
може да се
дели
1844г.виден поддържник
на идеята
нарича
за атома.
Пръвнай-малката
формулира
понябезкрайно
и неговият
неделима
частица
3)
1900г.
на
тието
“химичен
авторитет обрекълелемент”.
на–начало
забрава
квантовата
теория
Заради своите
идеи
атомистите
са
атомна
(неделим).
идеята
Демокрит.
1911г.
Ръдърфорд
открива
подложенина
присмех.
Мах питал
атомното
Далтон: ”А вие
виждалиядро
Джеймс
Чадуик открива
ли сте1932г.
поне един
от тях?”
неутрона
1887г. Томсън открива
електрона
4) Днес важи стандартният модел за
строежа на материята.
Отначало физиците познавали само две
частици – протонът и електронът. После
към тях се присъединил и неутронът. И
тази триада е напълно достатъчна, за да
изгради атомите на всички елементи: ядро
от протони и неутрони, около което
обикалят електрони.
Неутрино
През 1930 г. австрийският
Чарлз Елис открива β-разпадането
физик Волфганг Паули
и доказва, че при него се отделя
изказва предположението,
енергия. Изследванията показват,
чe при β- разпада се отделя
че част от нея “се губи “.
още една частица, която
Този неочакван резултат
отнася липсващата енергия.
предизвиква дискусия сред
Тази частица е наречена с
физиците.
умалителното име
Нарущава ли се законът за
неутрино, защото тя е
запазване на енергията?
електронеутрална и има
нулева маса14на покой.
14
0
~
N 6 C 1 e 7
Неутрино се създават по
време на процесите на
синтез в Слънцето и
За други
неговото
регистриране
звезди,
когато
има създадени
водородът
се превръща в
специални
телескопи,
хелий.Те
много
рядко
които са под с
взаимодействат
повърхността
на и
Земята,
материята
за да могат дае
следователно
регистрират
изключително
трудно да
преминаването
на
бъдат
засечени. Така
неутриното
през
нашата
Поради слабото си взаимодействие
с веществото
например,
хиляди
планета.
неутриното е открито едва през
1956г.
от
билиони
неутрино
Фредерик Рене, за което през минават
1995г. той
получава
през
нас всяка
Нобелова награда. Неутриното преминава
свободно
през
секунда,
без да ги
звездите в Космоса и изминава огромни
разстояния във
забележим.
Вселената.
Неутрино- астрономия
Реймънд Дейвис е
С конструирал
друг гигантски
детектор, наречен Камиоканде,
детектор,
група
изследователи,
гигантски
резервоарръководена от М. Кошиба
потвърждава
резултатите
напълнен
с 600
тона тежкана Дейвис. Освен това,
навода,
23 февруари
поставен в1987,
една те засичат неутрино от
отдалечена
експлозияна на супернова. Те са
мина. В продължение
16 неутрино, които преминали
уловили
общо
10
30 години той успял да
през общо
детектора.
При взаимодействието на
улови
2000 неутрино
неутрино
с ядрата
на водата се получават
от Слънцето
и по този
електрони,които
могат да бъдат регистрирани.
начин е бил в състояние
Работата
Дейвис и Кошиба доведе до
да докаже,наче ядреният
неочаквани
открития и до ново, интензивно поле
синтез осигурява
на
проучвания
- неутрино-астрономията.
енергията
от Слънцето.
1. Характеристики на елементарните частици
2. Най-обща класификация на елементарните частици
Космическите лъчиестествен ускорител на заредени частици
В 1911г. австрийският физик
Виктор Хес прави опити с
балон, с които доказва,че с
увеличаване на височината
радиацията първо
намалява, но над 600м.
отново започва да
расте.Това доказва,че от
Космоса в земната
атмосфера навлиза
радиация с голяма
проникваща сила.
Проникващата
През 1932г.
амери способност на космические лъчи
е много
по-Карл
голяма от тази на естествените минераканският
физик
ли и на
първите ускорители, така че около 20г. фиАндерсън
открива,
зиците
че при ги използват за изследване на строежа на
веществото.
взаимодействие на
космически лъчи с
атмосферата се
1995г. международна
получава
колаборация в CERN
положително
под ръководството на
зареден “двойник”на
Валтер Олерт успява
електрона, който той
да синтезира за
нарича ПОЗИТРОН.
първи път няколко
Позитронът има
атома антиводород.
същата маса както
електрона, но
положителен
електричен заряд :
е+
3. Aнтиматерия
Антипротоните
се генерират,
За
да дадем мярка
за това,
като се
изпрати
високо
каква
работа
е била
енергиен лъч
протони в
извършена,
щеотпоясним,
мишена
метал . Когато
че товаотколичество
протоните ударят
плътното
антипротони
има маса
1,7
метално
ядро
се получава
пикограма.
Когато
това
струя от частици,
някои от
количество
от антиматерия
които
са антипротони.
се анихилира
със
Магнитно поле
фокусира и
съответното
количество
отделя антипротоните
материя,
ще се отделятот
получените
остатъци
300 J енергия.
Ако я и ги
насочва
съхраняващ
сравнимкъм
с масата
на
пръстен.
горивото,
щеСъбиращите
се окаже, че
12
пръстени
съхраняват
10
това е едно огромно
антипротони
за един ден
количество.
Следи от античастици в мехурчеста камера.
работа.
Aнихилация
При среща на частица с нейната
античастица се наблюдава процесътанихилация (унищожаване,изчезване).
Двете частици престават да
съществуват,а вместо тях се появяват
фотони или други частици.
Например при анихилация на електрон
и позитрон се получават 2 гама-кванта:
е- + е+>Y+Y
С какво физиците изучават материята?
Дифракцията на електрони дава възможност за
изследване на дискретния строеж на веществото.
Сили, действащи на заредени частици
в електрично и магнитно поле
F – електрична сила,
действаща на заредена
частица в електрично поле
F – електрична сила,
действаща на заредена
частица в хомогенно ел.поле
Сили, действащи на заредени частици в
магнитно поле
При едновременното действие
на електрично поле (с
интензитет E) и на магнитно
поле (с индукция B) на движеща
се със скорост v и имаща
електричен заряд Q частица,
действа сила:
F = QE + QvBsinα
Често тази сила се нарича също
"сила на Лоренц”
На този принцип са
конструирани ускорителите на
елементарни частици.
Ускорители на частици
Линеен ускорител
Циклотрон
Мас-спектрограф
Използва се за определяне на специфичния електричен
заряд q/m.
Всички частици с еднакъв специфичен ел.заряд се
фокусиратна едно място,независимо от скоростта си.
Колайдери
Когато физиците искат да разберат от какво е изграден
светът , те ускоряват заредени частици с помощта на
силни електромагнитни полета в свръхпроводяща среда и
гиКогато
удрят. две
Причастици
тези удари се получават нови частици.
Колкото по-голяма е енергията при удара ,толкова посе ударят и всяка от
малки частици се получават.
тях има енергия
по 7 МеV ,тогава
общата енергия при
удара е 14 МeV.
Приложения на изследванията на
елементарните частици
1. Как е създадена Вселената?
2. Защо природата предпочита материята пред
антиматерията?
3. Позитронно-емисионна томография \РЕТ\
4. Архелогически разкопки
5. Създаване на WWW
6. Изследване на материята със синхротронна
светлина
7. Използване на нанотехнологиите
Кварки
Разточителността на природата става
много подозрителна
За да обясни свойствата на
елементарните частици през
1963г. американски физик
Мъри Гел- Ман предлага
теоретичен модел, съгласно с
който
всички
бариони и мезони (адрони)
са изградени от по-малки
частици, наречени кварки.
Мъри Гел- Ман
Според съвременните представи
цялата материя е изградена
от 6 кварка и 6 лептона .
Всички опити да се изолират отделни кварки са завършили
с неуспех. Независимо от това съществуват убедителни
доказателства за съществуването им. Експериментално са
определени и техните маси. Шестият, т.нар. топ- кварк , е
открит през 1995г. на ускорителя на Ферми лабораторията
(САЩ).
Видове кварки
Градивните частици на материята
Взаимодействие между кварките
Взаиводействието между
тях се определя от един нов
вид заряд, характерен само
за кварките. Прието е той да
се нарича цветен заряд или
само цвят
Кварките
са
заредени
частици.
кварки
Съществуват
три вида
цветни
заряди- червен,
зелен и син.
Антикваркиантичервен,
антизелен и
антисин
цветен
заряд.
Строеж на мезоните и барионите
Барионите са изградени от три
кварка. Антибарионите са
изградени от три антикварка.
Мезоните са изградени
от кварк и антикварк.
Цветните заряди се групират в три двойки
противоположни заряди: червен- античервен,
зелен - антизелен и син- антисин.
Трите кварка в протоните и неутроните имат
различни цветни заряди, така че общият
цветен заряд е бял (или неутрален).
По същия начин, по който
електрически неутралните
молекули могат да се
свързват (посредством
привличането между
техните положителни и
отрицателни части),
обменът на сили между
протоните и неутроните в
атомното ядро се
Тези сили са много
по- големи
осъществява
от цветните
от всички останали
силикоито
в
сили,
се
природата,
затова
"процеждат"
от техните
взаимодействието
кварки имежду
частиците, които
кварките сепренасят
нарича силно
взаимодействиевзаимодействие . то.
Фундаментални сили
Първата сила, Протоните
чието съществуване
е осъзнало
на много
Електроните
и Нестабилност
човечеството, енеутроните
гравитационната
Тя секакто и βядрасила.
и частици,
обикалят около
разпадането,
се дължи на
което
кара
ядрата поддължи на взаимодействието,
изграждат
друг вид
взаимодействие
телата
да
падат
на
земята,
а
също
така
действие на
атомното ядро. между
елементарните
управлява
движенията
на
планетите
и
електричните сили
частици.
галактиките. Гравитацията изглежда голяма. В
на привличане.
гравитационното взаимодействие участват
Слабо
всички тела. В микрокосмоса обаче, между
Електромагнитно
частици, подобни Силно
на електроните ивзаимодействие
протоните,
(1000
пъти <
взаимодействие
гравитационната
сила е изключително
малка.
взаимодействие
ЕМВ)
(100 пъти > от
ЕМВ)
ЕМП
Кварки и
лептони
Мезони и
бариони
Кварки и
лептони
Всъщност природата е твърде пестелива.
Въпреки огромното си многообразие,
заобикалящият ни свят е изграден от
4 истински елементарни частици:
- 2 най-леки кварка (u , d)
- 2 най-леки лептона: електрон и
електронно неутрино
Виртуални частици
Силното
взаимодействие
се на
осъществява
посредством
Оказва
се, че свойствата
материалните
частици са
кванти,
наречени глуони.
на фотоните,
съсредоточени
не самоПодобно
в тях самите
, но и в те нямат
маса
на покой. Кварките
протоните
и неутроните
пространството
околовтях
(близкоили
далечно), обменят
като
глуони,
които по
здраво
“слепват”.
1983г. за първи път
образуват
този ги
начин
силовиПрез
полета.
са наблюдавани
преносителите
на слабото
Взаимодействието
между такива
частици се
взаимодействие
W+,W-,Z
Частиците,посредством
осъществява чрез
обмен
на частици,
които
0 -бозони.
които
се осъществяват
фундаменталните
непрекъснато
се излъчват
и поглъщат ивзаимодействия
които нямат
се наричат
бозони. самостоятелно маса на калибровъчни
покой и не съществуват
виртуални частици .
Електромагнитното взаимодействие се осъществява
чрез обмен на виртуални фотони. Когато атомите
преминават от едно квантово състояние в друго с помалка енергия те излъчват фотони. Веднъж излъчени,
фотоните съществуват независимо от своя източник и
могат да бъдат регистрирани.
Частицата Бог
В две авторитетни научни
лаборатории търсят Божествената
частица, както я нарича Леон
Ледерман или известна още като
Хигс бозон. Във Ферми
лабораторията в САЩ работи
ускорител на заредени частици
известен като Tevatron. В CERN в
Швейцария се намира найголемият европейски ускорител.
Който
открие
Частицата Бог,
веднага
Нобелова
Дватапръв
екипа
са в надпревара
кой пръв
ще получава
открие частицата,
награда,
затова надпреварата
е оспорвана.
Очакваният
която ще отговори
на въпроса , който
до скоро си задаваха
момент
ще настъпи
когато
компютрите
резултатите
само философи
и луди
– на
какво се проследят
дължи масата
на
от около 500 хиляди милиарда сблъсъци между протони и
телата. Хигс- бозонът ще помогне за осъществяване на
антипротони. Мощни компютърни програми сравняват и
голямата мечта на физиците за Супервеликото обединение
анализират резултати, търсейки тенденции за аномалии в
на фундаменталните сили.
данните.
През 1964 г. Питър Хигс и негови
колеги предлагат хипотезата, че
навсякъде в пространството
съществува едно поле (поле на
Хигс) и всички елементарни
частици освен фотоните и
глуоните взаимодействат с него.
В резултат на това
взаимодействие частиците
получават маса. Ако тази
хипотеза е вярна, трябва да
съществува и елементарна
частица, която да е свързана с
това хигсово поле, но не е
самото поле. Тя е частица, която
се ражда, живее известно време
и се разпада
С откриването на Хигс бозона се изяснява, как по
принцип частици без маса (с нулева маса в покой)
успяват да създадат маса в материята. По специално,
Хигс бозонът обяснява разликата между нулевата
маса в покой на фотона и сравнително масивните W и
Z бозони. Масите на елементарните частици, както и
различията между електромагнетизма (с носител
фотона) и слабото ядрено взаимодействие (с
носители W и Z бозоните), са от критично значение за
структурата на микроскопичната (а оттам и на
макроскопичната) материя. Хигс бозонът е неделима
и вездесъща част от материалния свят.
Според Стандартния модел Хигс бозонът има голяма
маса - 130 пъти по-голяма от масата на протона. За да се
наблюдава експериментално, е необходимо да се
сблъскат протони с висока енергия и в резултат на
сблъсъка им се случва да се роди Хигс бозон, макар и
много рядко, един път на 10 милиарда сблъсъка.
Самото регистриране на частицата е свързано с големи
трудности: от една страна наличието на огромен фон
(от други продукти на сблъсъка) и от него трябва да се
изолира именно тази частица. От друга страна, тази
частица живее много кратко — от порядъка на 10-23
части от секундата. Експерименталното наблюдаване на
Хигс бозона става, като се регистрира не самата
частица, а нейните продукти на разпад — например
разпадът на Хигс бозона на два фотона, или на четири
електрона, или на 4 мюона, които са или стабилни, или
имат по-дълго време на живот.
На 14 март 2013 CERN
потвърждава, че
откритата частица
наистина е Хигс бозон
Как е създадена Вселената?
Връщане към сътворението - Големия взрив
Колкото по- голяма е енергията на сблъсъците,
толкова по-малки частици се раждат. Те помагат да
се върнем назад към времето на Големия взрив и
да възстановим историята на Вселената.
Защо природата предпочита
материята пред антиматерията?
При контакт между материя и антиматерия се
наблюдава процеса анихилация, при който се отделя
радиация. Фактът, че такава радиация не се наблюдава
в Космоса показва, че там няма големи количества
антиматерия.
Документ
Категория
Презентации по философии
Просмотров
106
Размер файла
3 232 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа