Pregled lekcije
na ovu temu
"Koncept
o elementarnim česticama"
(11. razred)
Učiteljica fizike
Cherpita Valery Nikolaevich
GBOU škola 2051
Moskovski gradovi
Pojam elementarnih čestica.
Klasifikacija elementarnih čestica.
/data/files/u1514922328.pptx (Prezentacija za lekciju na temu “Pojam elementarnih čestica”)
Ciljevi lekcije: upoznati učenike s elementarnim česticama kao jedinim predstavnicima materije na razini nižoj od 10¯ ¹⁵ m prostorne dimenzije i udaljenosti; otkriti opća svojstva elementarnih čestica, dati njihovu klasifikaciju.
Plan učenja
| Koraci lekcije | Vrijeme, min | Metode i tehnike |
| Uvod: postavljanje obrazovnih problema za sat | 3 - 5 | Učiteljeva priča i formulacija |
| Proučavanje novog gradiva: pojam elementarnih čestica, klasifikacija čestica, kvarkova i dr. | 30 - 35 | Učiteljeva priča s elementima razgovora. Rad s udžbenikom. Udžbenički materijal. Stol. Zapisi u bilježnicu |
| Sažimanje, naglašavanje glavne stvari. Domaća zadaća | 5 - 7 | Razgovor o problemima. Formuliranje zaključaka |
1. Tijekom nastave fizike učenici su se više puta susreli s elementarnim česticama. Već u prvoj fazi proučavani su elektroni; dalje se koncept elektrona koristio u mnogim slučajevima. U kvantnoj fizici učenici su učili o protonu i neutronu.
Završna nastava može se izvoditi u obliku školskog predavanja, uključujući elemente razgovora i kratkih izlaganja studenata o pojedinim pitanjima. Da bi se održala kognitivna aktivnost učenika na satu, potrebno je osigurati promjenu njihove aktivnosti, kombinirati informativni materijal (priča, poruka) s reproduktivnim (odgovaranje na pitanja, samostalan rad s udžbenikom) i problemskim (postavljanje problema, postavljanje hipoteza i sl.). Prilikom pripreme lekcija treba voditi računa o vizualnim pomagalima, pripremiti tablice, fotografije staza itd. U tečaju više nema vremena za ponovnu primjenu uvedenih pojmova, pa je potrebno što više povezati novo s prethodno naučenim.
2. Prezentacija novog materijala.Kako je znanost dublje zaranjala u strukturu materije, otkrivala je molekule, atome, saznala da se atom sastoji od jezgre i elektrona, te na kraju utvrdila složenu strukturu jezgre koja uključuje protone i neutrone.
Ako uzmemo u obzir strukturu materije uzimajući u obzir ove informacije, tada u mikrokozmosu na razini malih udaljenosti, oko 10¯¹⁴ - 10¯¹⁵ m, možemo zaključiti da se tvar sastoji od protona, neutrona i elektrona. Ali materija je u prirodi predstavljena ne samo materijom, već i elektromagnetskim poljem. Elektromagnetsko polje također čine mikročestice – fotoni.
Mikročestice - fotoni, elektroni, protoni, neutroni - nazivaju se elementarnim česticama. Riječ "elementaran" označava najjednostavniji element koji leži u osnovi materije: svi materijalni objekti - tijela, polja - sastoje se od ovih čestica. Kada je uveden ovaj pojam, pretpostavljalo se da elementarne čestice nemaju unutarnju strukturu, tj. više se ne sastoje ni od čega. Sada je pojam elementarnosti razjašnjen, kao što će biti objašnjeno u nastavku.
Trenutno je otkriveno više od 400 mikročestica koje su po veličini, masi, električnom naboju (i nekim drugim svojstvima) slične gore navedenima. Svi se oni također nazivaju elementarnim.
Karakteristična značajka većine elementarnih čestica je njihovanestabilnost. Sve čestice, osim fotona u praznini, elektrona, protona, neutrona (u jezgri) i čestica neutrina, spontano se raspadaju i na kraju postaju stabilne. Ti su procesi slični radioaktivnom raspadu jezgri. Prosječni životni vijek nestabilnih elementarnih čestica; čestice čiji je životni vijek izrazito kratkotrajan ili relativno stabilan smatraju se10 ¯ ⁶ - 10 ¯ ¹⁴ s, apostoje i čestice koje žive samo10 ¯ ²² - 10 ¯ ²³ S.
Neutron izvan jezgre također je nestabilan: njegov prosječni životni vijek je 16 minuta, ali u usporedbi s životnim vijekom kratkoživućih čestica to je jako dugo.
Jasno je da ako je Svemir jednom nastao, tada bi se tijekom njegovog postojanja do danas sve nestabilne elementarne čestice raspale, pretvorile u stabilne ili nestale, predajući svoju energiju toplinskom gibanju stabilnih čestica materije. Odakle dolaze čestice kratkog vijeka? Otkriveni su i dobiveni kako u nuklearnim reakcijama tako i u raznim reakcijama sa stabilnim elementarnim česticama. Reakcija nastaje kada se jedna elementarna čestica sudari s drugom ili se spontano raspadne. Kao rezultat reakcije nastaju nove čestice i dolazi do međusobne transformacije čestica.
Kao primjer reakcije razgradnje dajemo sljedeću reakciju:
n → str + e¯+ ṽ ,
gdje se neutron raspada na proton, elektron i antineutrino.
Antineutrini i neutrini su čestice s vrlo malom masom mirovanja, tisućama puta manjom od najlakše čestice – elektrona. Oni su električki neutralni. Neutrino je stabilna čestica. Dugo vremena, nakon teorijskog predviđanja, djelovanje neutrina nije se moglo eksperimentalno zabilježiti. Konačno, 1956. godine, reakcija je provedena
str + ṽ → n + e˖
u kojoj su nastali neutron i pozitivno nabijeni elektron – pozitron.
Pozitron se otkriva u iskustvu kada naiđe na elektron; on “nestaje” zajedno s elektronom:
e˖ + e¯ → 2g
Reakcija se zoveuništenjeelektron-pozitivni par; Kao rezultat toga nastaju dva fotona koja se bilježe posebnim brojačima.
Međusobna konvertibilnostelementarničestica tijekom međudjelovanja njihova je druga značajka.
Treća osobina svojstvena svim elementarnim česticama jeSvaka čestica ima blizanca – antičesticu.Ako je čestica električki nabijena, tada antičestica nosi naboj suprotnog predznaka. Ali nenabijene čestice imaju i antičestice. Kada se sretnu, međudjelovanje čestice i antičestice dovodi do njihove anihilacije, tj. do nestanka, do transformacije u fotone ili druge čestice. Trenutno su antičestice otkrivene za gotovo sve poznate čestice, uključujući antiproton i antineutron. Dobiven je čak i atom koji se sastoji od antičestica, antihelija, pa se načelno može govoriti o mogućnosti postojanja antimaterije. Kombinacija materije s antimaterijom trebala bi dovesti do prijelaza materije u polje, do anihilacije materije u okviru zakona održanja energije, količine gibanja i električnog naboja; ovo oslobađa energiju ekvivalentnu masi mirovanjamc². No, sada je poznato da se Svemir sastoji samo od materije i da u njemu nema antimaterije, kao što nema ili ima vrlo malo stabilnih antičestica.
Sljedeći bi trebao datiklasifikacija elementarnih česticas podjelom svih čestica po masi na klase: leptoni, mezoni, barioni. Pri razmatranju i analizi tablice elementarnih čestica obraćamo pozornost na njihove karakteristike: mase, naboje, životni vijek. Obavještavamo vas da se u tablici nalaze glavne čestice - stabilne i relativno stabilne. Mnoge nestabilne čestice - mezoni i barioni, tzvrezonancije, - nije uključeno u tablicu.
Razgovarajmo o veličinama čestica. Prema suvremenim podacima, fotoni i leptoni ne pokazuju ekstenziju ili unutarnju strukturu u eksperimentima. U tom smislu, mogu se klasificirati kao istinski elementarne (primarne) čestice. Mezoni i barioni imaju veličine reda veličine 10¯ ¹⁵ m. Eksperimenti o raspršenju elektrona vrlo visoke energije po njima, slično Rutherfordovim eksperimentima, dovode do zaključka o prisutnosti unutarnje strukture mezona i bariona. Možemo reći da oni nisu elementarni, već se sastoje od subelementarnih čestica tzvkvarkovi.
Proučavajući elementarne čestice, ne dotičemo se drugog makroskopskog polja koje postoji u prirodi – gravitacijskog polja. Teorijski je utvrđeno da se na mikrorazini sastoji od kvanta polja tzvgravitoni. One su, poput fotona, čestice bez mase mirovanja i naboja. Međutim, graviton nije eksperimentalno detektiran.
3. Sažimanje. Odraz
Domaća zadaća
Cilj: Upoznati učenike s elementarnim česticama, njihovim osnovnim svojstvima i podjelama
Tijekom nastave
Novo gradivo (dano na predavanju)
Istraživanja strukture atoma i atomske jezgre pokazala su da sastav atoma uključuje elektrone, protone i neutrone. Bilo je uobičajeno te čestice nazivati elementarnim. Foton (), pozitron (e +) i neutrino (v), koji su izravno povezani s atomom i jezgrom, također su se počeli nazivati elementarnim česticama.
Prema izvornom planu, elementarne čestice su najjednostavnije čestice od kojih je izgrađena tvar (atomi) postojećeg svijeta.
Elementarne čestice u početku su zamišljane kao nešto vječno, nepromjenjivo, neuništivo, a slika elementarne čestice povezivala se sa slikom zrnca pijeska ili besstrukturne loptice.
U današnje vrijeme ne postoji jasan kriterij elementarnosti. Koncept "elementarne čestice" danas je vrlo složen.
Nabrojimo ukratko poznate elementarne čestice prema redoslijedu njihovog povijesnog otkrića.
Metodičke napomene: Molimo studente da prilikom daljnjeg obrazlaganja popune sljedeću tablicu (Prilog 1)
| Kojoj vrsti pripada? | Ime čestice | Oznaka | Godina otvaranja | Naplati q | Masa čestica |
Elektron je otkrio J.J.Thomsan 1897. Mase ostalih elementarnih čestica obično se izražavaju kroz masu elektrona.
Godine 1900 M. Plancka i posebno, 19005. god. A. Einstein je pokazao da se svjetlost sastoji od zasebnih dijelova - fotona. Foton nema naboj, a njegova masa mirovanja = 0. Foton može postojati samo u procesu kretanja brzinom svjetlosti.
Rutherfordovi eksperimenti o raspršenju čestica 1911. Doveo do otkrića protona. Masa protona=1836m e
Većina fizičara bila je uvjerena da su konačno uspjeli svesti čitavu raznolikost kemijskih elemenata i tvari prirode na dva jednostavna entiteta: elektrone i protone. Slika koju su o strukturi materije nacrtali fizičari tih godina ulijevala je osjećaj znanstvene ljepote i dražesnosti. U razdoblju od 1911. god Do 1932 Mnogi su znanstvenici bili ispunjeni osjećajem zadovoljstva što su uspjeli ispuniti stoljetni san o znanstvenom istraživanju.
Međutim, 1928. god P. Diraca, a nakon toga 1932. god K. Anderson je otkrio takve čestice, tzv pozitroni (e+)
Pozitron je prva teoretski predviđena elementarna čestica.
Godine 1932 D. Chadwig je otkrio neutron s masom = 1838 m e
Neutron je u slobodnom stanju, za razliku od protona, nestabilan i raspada se na proton i elektron s vremenom poluraspada T = 1,01 10 3 s. Unutar jezgre neutron može postojati neograničeno dugo.
Godine 1931-1933. W. Pauli je, analizirajući -raspad, predložio da se tijekom raspada, osim protona i elektrona, emitira još jedna neutralna čestica s masom mirovanja = 0. Ova se čestica zvala neutrino()
Tek 1956. god K. Cowan i njegovi kolege otkrili su antineutrino() proizveden u nuklearnom reaktoru. “Uhvaćen” je prilikom proučavanja reakcije: p+ v n+e + , neutrino uzrokuje reakciju n+p+e - .
Godine 1937 K. Anderson i S. Nedderman otkrili su nabijene čestice s masom od 206,7m e, te su čestice nazvane -mezoni (+ i -), s nabojem +e i -e. Trenutno se te čestice nazivaju -čestice ili -mioni.
Godine 1947 Engleski znanstvenici S. Powell, G. Occhialini i drugi otkrili su -mezone (-mezon je primarni mezon, koji pri raspadu daje mione)
Mezon ima naboj +e i -e, te masu 273,2 m e. Nešto kasnije od 1950. godine otkriven je neutralni -mezon (o) s masom 264,2 m e. Trenutno postoje tri vrste -mezona poznati su: -, o, + , intenzivno međudjeluju s nukleonima i lako nastaju pri sudaru nukleona s jezgrama, tj. su nuklearno aktivni. Trenutno se vjeruje da su -mezoni kvanti nuklearnog polja odgovorni za većinu nuklearnih sila.
Od 1949-1950 Počela je doslovna “invazija” elementarnih čestica, čiji se broj ubrzano povećavao.
Novonastale čestice možemo podijeliti u dvije skupine:
Prva skupina uključuje čestice s masama od oko 966 m e i 974 m e, trenutno nazvane K-mezoni. Poznati su K + i K - mezoni s masama od približno 966,3 m e i električnim nabojem +e i -e. Poznati su neutralni K-mezoni (K o i Ko) s masama od 974,5 m e.
Druga skupina čestica naziva se hiperoni. Trenutno su poznati sljedeći hiperoni:
Godine 1955 Otkriven je antiproton, a 1956. otkriven je antineutron.
Posljednjih godina otkrivene su nove kvazičestice (rezonantna stanja) s neuobičajeno kratkim životnim vijekom, reda veličine 10 -22 - 10 -23 s. U tom slučaju nije moguće niti otkriti tragove čestica i njihova postojanja. može se prosuditi samo iz neizravnih razmatranja, iz analize ponašanja njihovih proizvoda razgradnje.
Posljednjih godina otkrivena je druga vrsta neutrina, takozvani mionski neutrino (antineutrino) i, koji se emitira, na primjer, tijekom raspada -mezona;
III skupina- teške čestice ili barioni
Ova grupa uključuje:
- Nukleoni i njihove antičestice
- Hiperoni i njihove antičestice
Primjena termonuklearne energije na primjeru instalacije Tokamak
Od učenika se traži da odgovore na pitanja:
- Koja se nuklearna reakcija naziva termonuklearnom? (usmeno)
- Kako se može izvesti termonuklearna reakcija?
- Objasniti princip rada Tokamak instalacije (pismeno uz korištenje dodatne literature)
- Objasniti princip rada laserske instalacije za termonuklearnu fuziju" (pismeno korištenjem dodatne literature)
Kako biste koristili preglede prezentacije, stvorite Google račun i prijavite se na njega: https://accounts.google.com
Naslovi slajdova:
Klasifikacija elementarnih čestica Elementarne čestice (čestice koje se ne mogu podijeliti na komponente) Fundamentalne (čestice bez strukture) Hadroni (čestice složene strukture) leptoni kvarkovi nositelji međudjelovanja barioni mezoni e-, e+, mion, taon, tri vrste neutrina (čestice od kojih se sastoje svi androni) u , c, t , d, s, b 1) elektromagnetski: foton 2) jak: gluoni 3) slab: intermedijarni bozoni W - , W + neutralni bozon Z 0 4) gravitacijski: graviton G ( sastoji se od tri kvarka) p, n, hiperon (sastoji se od dva kvarka od kojih je jedan antikvark)
Pregled:
Tema lekcije : Svijet elementarnih čestica
Metode izvođenja nastave: predavanje
Ciljevi lekcije:
Obrazovni:upoznati učenike s pojmom elementarne čestice, s klasifikacijom elementarnih čestica, generalizirati i učvrstiti znanja o temeljnim vrstama međudjelovanja,formirati znanstveni svjetonazor.
Obrazovni: formirati kognitivni interes za fiziku, usađivanje ljubavi i poštovanja prema dostignućima znanosti.
Obrazovni: razvoj znatiželje, sposobnosti analize, samostalnog zaključivanja, razvoj govora i mišljenja.
Oprema: interaktivna ploča (ili projektor s platnom).
Tijekom nastave:
Organizacijska faza
Pozdrav, provjera spremnosti učenika za nastavu.
I. Nova tema U prirodi postoje 4 vrste temeljnih (osnovnih) interakcija: gravitacijska, elektromagnetska, jaka i slaba. Prema suvremenim idejama, interakcija između tijela odvija se kroz polja koja okružuju ta tijela. Samo polje u kvantnoj teoriji shvaćeno je kao zbirka kvanta. Svaka vrsta interakcije ima svoje nositelje interakcije i svodi se na apsorpciju i emisiju odgovarajućih kvanta svjetlosti od strane čestica.
Interakcije mogu biti dugotrajne (manifestiraju se na vrlo velikim udaljenostima) i kratkodometne (manifestiraju se na vrlo malim udaljenostima).
- Gravitacijska interakcija događa se razmjenom gravitona. Nisu eksperimentalno otkriveni. Prema zakonu koji je 1687. godine otkrio veliki engleski znanstvenik Isaac Newton, sva se tijela, bez obzira na oblik i veličinu, međusobno privlače silom izravno proporcionalnom njihovoj masi i obrnuto proporcionalnom kvadratu udaljenosti između njih. Gravitacijska interakcija uvijek dovodi do privlačenja tijela.
- Elektromagnetsko međudjelovanje je dugodometno. Za razliku od gravitacijske interakcije, elektromagnetska interakcija može rezultirati i privlačenjem i odbijanjem. Nositelji elektromagnetskog međudjelovanja su kvanti elektromagnetskog polja – fotoni. Kao rezultat izmjene ovih čestica dolazi do elektromagnetske interakcije između nabijenih tijela.
- Jaka interakcija je najjača od svih interakcija. Kratkog je dometa, odgovarajuće sile vrlo brzo opadaju kako se udaljenost između njih povećava. Raspon nuklearne sile 10-13 cm
- Slaba interakcija javlja se na vrlo malim udaljenostima. Domet djelovanja je otprilike 1000 puta manji od nuklearnih sila.
Otkriće radioaktivnosti i rezultati Rutherfordovih pokusa uvjerljivo su pokazali da su atomi sastavljeni od čestica. Utvrđeno je da se sastoje od elektrona, protona i neutrona. Isprva su se čestice od kojih su građeni atomi smatrale nedjeljivima. Zato su ih nazvali elementarnim česticama. Ideja o "jednostavnoj" strukturi svijeta uništena je kada je 1932. godine otkrivena antičestica elektrona - čestica koja je imala istu masu kao elektron, ali se od njega razlikovala po predznaku električnog naboja. Ova pozitivno nabijena čestica nazvana je pozitron... prema modernim konceptima, svaka čestica ima antičesticu. Čestica i antičestica imaju istu masu, ali suprotne predznake svih naboja. Ako se antičestica podudara sa samom česticom, tada se takve čestice nazivaju istinski neutralnim, njihov naboj je 0. Na primjer, foton. Kada se čestica i antičestica sudare, one anihiliraju, odnosno nestaju, pretvarajući se u druge čestice (često su te čestice foton).
Slajd (kako priča napreduje, riječi se pojavljuju na slajdu).
Sve elementarne čestice (koje se ne mogu podijeliti na komponente) dijele se u 2 skupine:temeljni(čestice bez strukture, sve fundamentalne čestice u ovoj fazi razvoja fizike smatraju se bezstrukturnim, odnosno ne sastoje se od drugih čestica) i hadroni (čestice složene strukture).
Fundamentalne česticepak se dijele na leptoni, kvarkovi i nositelji interakcija. Hadroni se dijele na barione i mezone. Za leptone uključuju elektron, pozitron, mion, taon, tri vrste neutrina. Ne sudjeluju u jakim interakcijama. DO kvarkovi su čestice koje čine sve hadrone. Učesto su u snažnoj interakciji.Prema suvremenim konceptima, svaka od interakcija nastaje kao rezultat razmjene čestica, tzvnositelji ove interakcije: foton (prenošenje česticaelektromagnetska interakcija), osam gluona (prenošenje česticasnažna interakcija), tri posredna vektorska bozona W + , W − i Z 0 nošenje slaba interakcija, graviton (nosač gravitacijska interakcijaja). Postojanje gravitona još nije eksperimentalno dokazano.
Hadroni sudjelovati u svim vrstamatemeljne interakcije. Napravljeni su od kvarkova i dijele se, pak, na: barioni , koji se sastoji od tri kvarka, i mezoni , koji se sastoji od dva kvarkovi , od kojih je jedan antikvark.
Najjača interakcija je interakcija između kvarkova. Proton se sastoji od 2 u kvarka, jednog d kvarka, neutron se sastoji od jednog u kvarka i 2 d kvarka. Ispostavilo se da na vrlo malim udaljenostima niti jedan od kvarkova ne primjećuje svoje susjede, te se ponašaju kao slobodne čestice koje ne djeluju jedna na drugu. Kada se kvarkovi udalje jedan od drugoga, između njih nastaje privlačnost koja se povećava s povećanjem udaljenosti. Razdvajanje hadrona u pojedinačne izolirane kvarkove zahtijevalo bi mnogo energije. Budući da takve energije nema, kvarkovi se ispostavljaju kao vječni zatvorenici i zauvijek ostaju zaključani unutar hadrona. Gluonsko polje drži kvarkove unutar hadrona.
III. Konsolidacija
- Navedite glavne interakcije koje postoje u prirodi
- Koja je razlika između čestice i antičestice? Što imaju zajedničko?
- Koje čestice sudjeluju u gravitacijskim, elektromagnetskim, jakim i slabim međudjelovanjima?
Sažetak lekcije. Tijekom sata upoznali smo se s česticama mikrosvijeta i saznali koje se čestice nazivaju elementarnim.
D/z § 28
Moljanova Nadežda Mihajlovna ID 011
Tema: Počeci fizike čestica. Klasifikacija elementarnih čestica.Glavni sadržaj obrazovnog materijala:
- Povijesne faze razvoja elementarnih čestica.
- Pojam elementarnih čestica i njihova klasifikacija, međusobne transformacije.
- Vrste međudjelovanja elementarnih čestica.
- Elementarne čestice u našem životu.
Vrsta lekcije: generalizacija i sistematizacija.
Format lekcije: Predavanje s elementima razgovora i samostalnog rada učenika uz udžbenik i tablice (tablice se nalaze na stolovima učenika i projiciraju se na platno tijekom nastave)
Svrha lekcije:
- Proširiti učenikovo razumijevanje građe materije, dati klasifikaciju elementarnih čestica, njihova opća svojstva, upoznati ih s glavnim fazama razvoja.
- Razvijati znanstveno mišljenje učenika temeljeno na idejama o elementarnim česticama i njihovim međudjelovanjima
Tijekom nastave:
1. Organizacijski trenutak (1 min.)
2. Učenje novog gradiva (30 min.)
3. Učvršćivanje naučenog znanja (6 min.)
4. Sažetak (2 min.)
5. D/Z (1 min.)
1. Danas ćemo u lekciji govoriti o primarnim, nerazgradivim česticama koje čine svu materiju. Već ste više-manje upoznati s elektronom, fotonom, protonom i neutronom. Ali što je elementarna čestica?
2. Povijesne faze razvoja elementarnih čestica mogu se prikazati u obliku tablice.
Početkom 20. stoljeća otkriveno je da su svi atomi građeni od neutrona, protona i elektrona. Otkriveni su pozitroni, neutrini, fotoni (gama kvant).
Osnovne karakteristike najčešćih elementarnih čestica.
Elementarne čestice, u pravom smislu riječi, jesu primarne, dalje nerazgradive čestice od kojih su sastavljene sve tvari.
Trenutno se ovaj izraz koristi za veliku skupinu mikročestica koje NISU atomi ili jezgre, s izuzetkom protona, koji je i elementarna čestica i jezgra lakog atoma vodika.
Elementarne čestice karakteriziraju sljedeći parametri: " masa mirovanja čestice, vrijednost spina, vrijednost električnog naboja, životni vijek."
Spin elementarne čestice jednak je omjeru Planckove konstante prema 2 n 
Čestice koje imaju spin itd. nazivaju se bozoni ; s polucijelim spinom - fermioni , tj. sve elementarne čestice dijelimo na čestice i antičestice. Imaju iste mase, spinove, životni vijek i električne naboje jednake veličine.
Pozitron je otkriven u komori oblaka 1928. Ova čestica je elektron, ali s pozitivnim nabojem, pozitron je otkriven u kozmičkim zrakama. Kasnije, tijekom interakcije gama kvanta s materijom i u reakciji pretvaranja protona u neutron. 
Proces međudjelovanja elementarne čestice s antičesticom, pri čemu se one pretvaraju u druge čestice ili kvantove elektromagnetskog polja, naziva se uništenje
(nestanak). Reakcija anihilacije:
Obrnuti proces od anihilacije naziva se rođenje para
.
Pitanje: Razmislite kakvu će strukturu imati antideuterij?
Odgovor: sastoji se od elektrona i jezgre (protona i neutrona). Atom antideuterija sastoji se od antinukleusa (antiprotona i antineutrona) i jednog pozitrona koji se kreće oko antinukleusa.
Elementarne čestice sudjeluju u četiri poznata osnovna tipa interakcija:
jaka, elektromagnetska, slaba i gravitacijska. (vidi tablicu 3) 
Energije fundamentalnih interakcija su približno sljedeće:
Pogledajmo tablicu 4
Pitanje: Navedite glavne klase elementarnih čestica. 
Odgovor: fotoni, leptoni, mezoni, barioni.
Pitanje: Navedite glavne karakteristike elementarnih čestica.
Odgovor: Masa, naboj, vrtnja, životni vijek.
Pitanje: Po čemu se razlikuju čestice i antičestice?
Odgovor: Predznaci električnih naboja čestice i antičestice su suprotni.
fotoni– čestice koje sudjeluju u elektromagnetskim i gravitacijskim interakcijama.
Leptoni– čestice koje ne sudjeluju u jakim interakcijama, ali su sposobne za ostale tri.
Hadroni– čestice koje sudjeluju u svim vrstama temeljnih interakcija. Ovaj razred uključuje barioni i mezoni. Barioni imaju polucijele spinove, a mezoni cjelobrojne spinove. Pripadnost barionu označava se dodjeljivanjem barionskog naboja - broja jednakog +1 za česticu, odnosno -1 za antičesticu. Hadroni uključuju samo dio mezona (P-mezon). Nukleoni se klasificiraju kao barioni. Barioni čija je masa veća od mase nukleona nazivaju se hiperoni.
Pripadnost leptonima označava se pripisivanjem leptonskog naboja svakoj čestici: +1 za čestice, -1 za antičestice.
Utvrđeno je da se hadroni sastoje od kvarkovi– šest čestica s frakcijskim elementarnim električnim nabojem. Kvarkovi nisu uočeni u slobodnom stanju, samo u samom središtu nukleona nalaze se kao neovisne čestice.
Da bismo prodrli dublje u mikrosvijet, potrebno je koristiti čestice sve viših energija.
Ispada da se uz ogromnu energiju koja postoji na temperaturi, slabe i elektromagnetske interakcije spajaju u elektroslabu interakciju. Kada se spoje sve četiri interakcije, postaje moguće transformirati čestice fizičke materije (fermione) u čestice koje su nositelji interakcije (bozone).
Zašto su informacije o elementarnim česticama toliko potrebne?
Najvažnija stvar za fiziku čestica je zaključak o odnosu mase i energije. Energija tijela ili sustava tema jednaka je masi pomnoženoj s kvadratom brzine.
Nešto za razmišljanje!
Neutrino je čestica koja se pojavila u trenutku rađanja Svemira i nosi mnogo informacija, pa neutrino teleskopi “hvataju” čestice i znanstvenici ih proučavaju. Postoji uređaj za pozitronsku tomografiju. Radioaktivni element se unosi u krv živog organizma, emitira pozitrone, koji reagiraju s tjelesnim elektronima, anihiliraju i emitiraju gama zrake koje detektira detektor.
U malim dozama, gama zrake imaju određenu korist za žive organizme. Područje primjene: medicina, znanost, tehnologija.
3.
Koristeći pomoćne bilješke, udžbenik, tablice odgovoriti na pitanja. 
4. Sve elementarne čestice prelaze jedna u drugu, tj. te međusobne transformacije glavni su čimbenik njihova postojanja. Među svojstvima elementarnih čestica mogu se izdvojiti: nestabilnost, interkonvertibilnost i interakcija, prisutnost antičestice u svakoj čestici, složena struktura, klasifikacija.
Svijet se sastoji od temeljnih čestica. Svako materijalno tijelo ima masu. Što je masa? LHC je akcelerator čestica koji omogućuje fizičarima da prodru dublje u materiju nego ikad prije.
Stvaranje LHC-a označava početak budućih naprednih istraživanja. Istraživači se nadaju novim fizičkim fenomenima, poput nedostižnih Higgsovih čestica ili onih koje tvore tamnu tvar, koja čini većinu materije u Svemiru. Nemoguće je točno predvidjeti rezultate nadolazećih eksperimenata, ali oni će svakako imati veliki utjecaj i to ne samo na fiziku čestica! Ali stvaranje LHC-a ne završava stranicu u povijesti fizike, već označava početak budućih obećavajućih istraživanja.
5.
Domaća zadaća (na ploči)
Stavci 115, 116; referentni sažetak
pripremiti izvješće o tijeku istraživačkog rada na LHC-u.
Rabljene knjige:
Fizika 11 G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovcev. Droplja.
Tečaj fizike. Svezak 3 K.A. Putilov, V.A. Fabrikant.
Atomska i nuklearna fizika. U REDU. Costco.
Razvoj lekcija iz fizike. 11. razred. V.A.Volkov.
Uroki. Neto
Klasa: 11
Klasa: 11
Vrsta lekcije: sat proučavanja i primarne konsolidacije novih znanja
Metoda podučavanja: predavanje
Oblik aktivnosti učenika: frontalni, kolektivni, individualni
Svrha lekcije: proširiti shvaćanje učenika o građi tvari; razmotriti glavne faze u razvoju fizike elementarnih čestica; dati pojam elementarnih čestica i njihova svojstva.
Ciljevi lekcije:
- Edukativni: upoznati studente s pojmom elementarne čestice, tipologijom elementarnih čestica, kao i metodama proučavanja svojstava elementarnih čestica;
- Razvojni: razvijati kognitivni interes učenika, osiguravajući njihovo izvedivo uključivanje u aktivnu kognitivnu aktivnost;
- Edukativni: odgoj univerzalnih ljudskih kvaliteta - osvještavanje percepcije znanstvenih dostignuća u svijetu; razvijanje znatiželje i izdržljivosti.
Oprema za lekciju:
Didaktički materijali: udžbenički materijal, kartice s testovima i tablice
Vizualna pomagala: prezentacija
1. Organizacija početka lekcije.
Aktivnosti nastavnika: Međusobno pozdravljanje nastavnika i učenika, utvrđivanje učenika, provjera spremnosti učenika za nastavu. Organizacija pažnje i uključivanje učenika u poslovni ritam rada.
organizacija pažnje i uključivanje u poslovni ritam rada.
2. Priprema za glavnu fazu lekcije.
Aktivnosti nastavnika: Danas ćemo početi proučavati novi odjeljak "Kvantne fizike" - "Elementarne čestice". U ovom poglavlju govorit ćemo o primarnim, nerazgradivim česticama od kojih je izgrađena sva materija, o elementarnim česticama.
Fizičari su otkrili postojanje elementarnih čestica proučavajući nuklearne procese, pa je sve do sredine 20. stoljeća fizika elementarnih čestica bila grana nuklearne fizike. Trenutačno su fizika elementarnih čestica i nuklearna fizika bliske, ali neovisne grane fizike, ujedinjene zajedništvom mnogih razmatranih problema i korištenih istraživačkih metoda.
Glavna zadaća fizike elementarnih čestica je proučavanje prirode, svojstava i međusobnih transformacija elementarnih čestica.
To će također biti naš glavni zadatak u proučavanju fizike elementarnih čestica.
3. Asimilacija novih znanja i metoda djelovanja.
Aktivnosti nastavnika: Tema lekcije: "Faze razvoja fizike elementarnih čestica." U ovoj lekciji ćemo pogledati sljedeća pitanja:
- Povijest razvoja ideja da se svijet sastoji od elementarnih čestica
- Što su elementarne čestice?
- Kako se može dobiti izolirana elementarna čestica i je li to moguće?
- Tipologija čestica.
Ideja da je svijet sastavljen od temeljnih čestica ima dugu povijest. Danas postoje tri faze u razvoju fizike elementarnih čestica.
Otvorimo udžbenik. Upoznajmo se s nazivima faza i vremenskim okvirima.
Predviđena aktivnost učenika:
Faza 1. Od elektrona do pozitrona: 1897. - 1932.
Faza 2. Od pozitrona do kvarkova: 1932. - 1964.
Faza 3. Od hipoteze o kvarku (1964.) do danas.
Aktivnosti nastavnika:
1. faza.
Elementarni, tj. najjednostavniji, dalje nedjeljiv, tako je zamišljao atom poznati starogrčki znanstvenik Demokrit. Podsjećam vas da riječ "atom" u prijevodu znači "nedjeljiv". Po prvi put ideju o postojanju sićušnih, nevidljivih čestica koje čine sve okolne objekte iznio je Demokrit 400 godina pr. Znanost je počela koristiti ideju atoma tek početkom 19. stoljeća, kada je na temelju toga bilo moguće objasniti niz kemijskih pojava. A krajem ovog stoljeća otkrivena je složena struktura atoma. Godine 1911. otkrivena je atomska jezgra (E. Rutherford) i konačno je dokazano da atomi imaju složenu strukturu.
Sjetimo se ljudi: koje su čestice dio atoma i ukratko ih okarakterizirajte?
Predviđena aktivnost učenika:
Aktivnosti nastavnika: dečki, možda se neki od vas sjećaju: tko je i u kojim godinama otkrio elektron, proton i neutron?
Predviđena aktivnost učenika:
Elektron. Godine 1898. J. Thomson je dokazao stvarnost postojanja elektrona. Godine 1909. R. Millikan je prvi izmjerio naboj elektrona.
Proton. Godine 1919. E. Rutherford, bombardirajući dušik česticama, otkrio je česticu čiji je naboj bio jednak naboju elektrona, a čija je masa bila 1836 puta veća od mase elektrona. Čestica je nazvana proton.
Neutron. Rutherford je također predložio postojanje čestice bez naboja čija je masa jednaka masi protona.
Godine 1932. D. Chadwick otkrio je česticu koju je predložio Rutherford i nazvao je neutron.
Aktivnosti nastavnika: Nakon otkrića protona i neutrona postalo je jasno da jezgre atoma, kao i sami atomi, imaju složenu strukturu. Nastala je protonsko-neutronska teorija strukture jezgri (D. D. Ivanenko i V. Heisenberg).
U 30-im godinama 19. stoljeća, u teoriji elektrolize koju je razvio M. Faraday, pojavljuje se pojam -iona i mjeri se elementarni naboj. Kraj 19. stoljeća - osim otkrića elektrona, obilježen je i otkrićem fenomena radioaktivnosti (A. Becquerel, 1896.). Godine 1905. u fizici se pojavila ideja o kvantima elektromagnetskog polja - fotonima (A. Einstein).
Prisjetimo se: što je foton?
Predviđena aktivnost učenika: Foton(ili kvant elektromagnetskog zračenja) je elementarna laka čestica, električki neutralna, bez mase mirovanja, ali posjeduje energiju i impuls.
Aktivnosti nastavnika: otvorene čestice smatrale su se nedjeljivim i nepromjenjivim primarnim esencijama, osnovnim gradivnim elementima svemira. Međutim, ovo mišljenje nije dugo trajalo.
Faza 2.
Tridesetih godina prošlog stoljeća otkrivene su i proučavane međusobne transformacije protona i neutrona, te je postalo jasno da ni te čestice nisu nepromjenjivi elementarni “građevinski blokovi” prirode.
Trenutno je poznato oko 400 subnuklearnih čestica (čestica koje čine atome, a koje se obično nazivaju elementarnim). Velika većina ovih čestica je nestabilna (elementarne čestice se pretvaraju jedna u drugu).
Jedina iznimka su foton, elektron, proton i neutrino.
Foton, elektron, proton i neutrino su stabilne čestice (čestice koje mogu postojati u slobodnom stanju neograničeno dugo), ali svaka od njih u interakciji s drugim česticama može se pretvoriti u druge čestice.
Sve ostale čestice se u određenim vremenskim intervalima spontano pretvaraju u druge čestice i to je glavna činjenica njihovog postojanja.
Spomenuo sam još jednu česticu - neutrino. Koje su glavne karakteristike ove čestice? Tko ga je i kada otkrio?
Predviđena aktivnost učenika: Neutrino je čestica bez električnog naboja i njegova masa mirovanja je 0. Postojanje ove čestice predvidio je 1931. godine W. Pauli, a 1955. godine čestica je eksperimentalno registrirana. Manifestira se kao rezultat raspada neutrona:
Aktivnosti nastavnika: Nestabilne elementarne čestice jako se razlikuju u vremenu života.
Najdugovječnija čestica je neutron. Životni vijek neutrona je oko 15 minuta.
Ostale čestice “žive” mnogo kraće.
Postoji nekoliko desetaka čestica čiji životni vijek prelazi 10 -17 s. Na ljestvici mikrokozmosa, ovo je značajno vrijeme. Takve se čestice nazivaju relativno stabilan .
Većina kratkotrajni elementarne čestice imaju vrijeme života reda veličine 10 -22 -10 -23 s.
Sposobnost međusobnih transformacija je najvažnije svojstvo svih elementarnih čestica.
Elementarne čestice se mogu rađati i uništavati (emitirati i apsorbirati). To vrijedi i za stabilne čestice, s jedinom razlikom što se transformacije stabilnih čestica ne događaju spontano, već interakcijom s drugim česticama.
Primjer bi bio uništenje (tj. nestanak) elektron i pozitron, praćen rađanjem fotona visoke energije.
Pozitron je (antičestica elektrona) pozitivno nabijena čestica koja ima istu masu i isti (u apsolutnoj vrijednosti) naboj kao elektron. O njegovim karakteristikama detaljnije ćemo govoriti u sljedećoj lekciji. Recimo samo da je postojanje pozitrona predvidio P. Dirac 1928. godine, a otkrio ga je 1932. godine u kozmičkim zrakama K. Anderson.
Godine 1937. u kozmičkim zrakama otkrivene su čestice mase 207 masa elektrona, tzv. mioni (-mezoni). Prosječno vrijeme života mezona je 2,2 * 10 -6 s.
Zatim su 1947.-1950 božuri (tj. -mezoni). Prosječno vrijeme života neutralnog -mezona je 0,87·10 -16 s.
Sljedećih je godina broj novootkrivenih čestica počeo naglo rasti. Tome su pridonijela istraživanja kozmičkih zraka, razvoj tehnologije akceleratora i proučavanje nuklearnih reakcija.
Za provođenje procesa stvaranja novih čestica i proučavanje svojstava elementarnih čestica potrebni su moderni akceleratori. Početne čestice se u akceleratoru ubrzavaju do visokih energija “na sudarajućem putu” i međusobno se sudaraju na određenom mjestu. Ako je energija čestica velika, tada se tijekom procesa sudara rađaju mnoge nove čestice, obično nestabilne. Te se čestice, raspršujući se od mjesta sudara, raspadaju na stabilnije čestice, koje detektori bilježe. Za svaki takav čin sudara (fizičari kažu: za svaki događaj) – a bilježe se u tisućama u sekundi! -eksperimentatori kao rezultat određuju kinematičke varijable: vrijednosti impulsa i energije "uhvaćenih" čestica, kao i njihove putanje (vidi sliku u udžbeniku). Prikupljanjem mnogih događaja iste vrste i proučavanjem distribucija tih kinematičkih veličina, fizičari rekonstruiraju kako je došlo do interakcije i kojoj vrsti čestica se mogu pripisati nastale čestice.
Faza 3.
Elementarne čestice dijele se u tri skupine: fotoni , leptoni I hadroni (Prilog 2).
Ljudi, navedite mi čestice koje pripadaju grupi fotona.
Predviđena aktivnost učenika: Grupi fotoni odnosi se na jednu česticu – foton
Aktivnosti nastavnika: sljedeću skupinu čine čestice svjetlosti leptoni.
Predviđena aktivnost učenika: ova skupina uključuje dvije vrste neutrina (elektron i mion), elektron i ?-mezon
Aktivnosti nastavnika: Leptoni također uključuju niz čestica koje nisu navedene u tablici.
Treću veliku skupinu čine teške čestice tzv hadroni. Ova skupina je podijeljena u dvije podskupine. Lakše čestice čine podskupinu mezoni .
Predviđena aktivnost učenika: najlakši od njih su pozitivno i negativno nabijeni, kao i neutralni -mezoni. Pioni su kvanti nuklearnog polja.
Aktivnosti nastavnika: druga podskupina - barioni - uključuje teže čestice. Najobimniji je.
Predviđena aktivnost učenika: Najlakši barioni su nukleoni – protoni i neutroni.
Aktivnosti nastavnika: nakon njih slijede takozvani hiperoni. Omega-minus-hiperon, otkriven 1964., zatvara tablicu.
Obilje otkrivenih i novootkrivenih hadrona navelo je znanstvenike na vjerovanje da su svi izgrađeni od nekih drugih fundamentalnijih čestica.
Godine 1964. američki fizičar M. Gell-Man iznio je hipotezu, potvrđenu kasnijim istraživanjima, da su sve teške fundamentalne čestice – hadroni – građene od fundamentalnijih čestica tzv. kvarkovi.
Sa strukturnog gledišta, elementarne čestice koje čine atomske jezgre (nukleoni), i općenito sve teške čestice - hadroni (barioni i mezoni) - sastoje se od još jednostavnijih čestica, koje se obično nazivaju fundamentalnim. Tu ulogu istinski temeljnih primarnih elemenata materije imaju kvarkovi, čiji je električni naboj jednak +2/3 ili -1/3 jediničnog pozitivnog naboja protona.
Najčešći i laki kvarkovi nazivaju se gore i dolje i označavaju se redom u (od engleskog gore) i d (dolje). Ponekad se nazivaju i protonski i neutronski kvarkovi zbog činjenice da se proton sastoji od kombinacije uud, a neutron - udd. Gornji kvark ima naboj od +2/3; dno - negativni naboj -1/3. Budući da se proton sastoji od dva gornja kvarka i jednog donjeg kvarka, a neutron se sastoji od jednog gornjeg i dva dole kvarka, možete neovisno potvrditi da je ukupni naboj protona i neutrona strogo jednak 1 i 0.
Druga dva para kvarkova dio su egzotičnijih čestica. Kvarkovi iz drugog para nazivaju se charmed - c (od charmed) i strange - s (od strange).
Treći par čine pravi - t (od true, ili u engleskoj tradiciji top) i beautiful - b (od beauty, ili u engleskoj tradiciji bottom) kvarkovi.
Gotovo sve čestice koje se sastoje od različitih kombinacija kvarkova već su eksperimentalno otkrivene
Prihvaćanjem hipoteze o kvarku bilo je moguće stvoriti skladan sustav elementarnih čestica. Brojne potrage za kvarkovima u slobodnom stanju, provedene na visokoenergetskim akceleratorima iu kozmičkim zrakama, bile su neuspješne. Znanstvenici smatraju da je jedan od razloga neopažljivosti slobodnih kvarkova možda njihova vrlo velika masa. Time se sprječava rađanje kvarkova pri energijama koje se postižu u modernim akceleratorima.
Međutim, u prosincu 2006. čudna poruka o otkriću "slobodnih top kvarkova" emitirana je preko znanstvenih novinskih agencija i medija.
4. Početna provjera razumijevanja.
Aktivnosti nastavnika: pa ljudi, pokrili smo:
- glavne faze u razvoju fizike čestica
- otkrili koja se čestica naziva elementarnom
- upoznali su se s tipologijom čestica.
U sljedećoj lekciji ćemo pogledati:
- detaljnija klasifikacija elementarnih čestica
- vrste međudjelovanja elementarnih čestica
- antičestice.
A sada predlažem da napravite test kako biste u svom sjećanju oživjeli glavne točke materijala koji smo proučavali (Dodatak 3).
5. Sažimanje lekcije.
Aktivnosti nastavnika: Ocjenjivanje najaktivnijih učenika.
6. Domaća zadaća
Aktivnosti nastavnika:
1. pr. 115, str. 347
2. nacrt odlomka prema planu zabilježenom u lekciji.
