1. Урок № 37. Радіоактивний захист людини. (ВИВЧИТИ: Фізика-11., вид-во «Ранок», 2019р., 272ст., ред. Бар’яхтар В.Г., (в електронному варіанті), *41, ст.236, ЗРОБИТИ: Впр.41(1-3,4)

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

http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=48202

2. Урок №38. Елементарні частинки. Загальна характеристика елементарних частинок. Класифікація елементарних частинок. ВИВЧИТИ: Фізика-11., вид-во «Ранок», 2019р., 272ст., ред. Бар’яхтар В.Г., (в електронному варіанті), *42, 43 ст.236, ЗРОБИТИ: Впр.43 (5-6)

Класифікація елементарних частинок. Елементарні частинки – фундаментальні складові матеріальних об’єктів. Першою відкритою елементарною частинкою був електрон – носій елементарного електричного заряду. Електрон (е – ) має масу me=9,11·10-28 г і розмір ≤10-16см. Заряд електрона негативний, рівний за абсолютною величиною e= 1,6 . 10-19 Кл. Елементарна частинка протон – це ядро атома гідрогену. Протон (p) має позитивний заряд e, і масу mp рівну 1,67 10-24 г (~1840 мас електрону). Частинка приблизно такої ж маси, але з нульовим зарядом називається нейтрон (n). Мюони (μ + , μ – ), піони (π + , π – ), нейтрино (ν ), резонанси, античастинки: позитрон (e + ), антипротон та ін. Античастинки існують для всіх частинок крім фотона: n → p + e – +e Можливість народження і знищення частинок в процесах їх зіткнень та самовільного розпаду є однією із головних властивостей елементарних частинок. Існують чотири види взаємодії елементарних частинок: сильна, електромагнітна, слабка і гравітаційна. Сильні взаємодії здійснюються між частинками, які називаються адронами. Переносять взаємодію – глюони. Частинки, що не вступають в сильні взаємодії називаються лептонами. Кажному зарядженому лептону (електрон, мюон і тау-частинка) відповідає нейтральна частинка нейтрино- електронне, мюонне або тау-нейтрино. Загальне число лептонів рівне 12. Адрони діляться на: баріони і мезони. Баріони в свою чергу на: протони, нейтрони та група частинок, що називаються гіперонами. Вони мають напівцілий спін. На відміну від баріонів, мезони мають нульовий спін. Всі мезони нестабільні. Адрони складаються із фундаментальніших частинок – кварків, що мають дробний електричний заряд, кратний e/3, і розміри менше 0,5×10−19 м. Кварки існують тільки всередині адронів і не спостерігаються як ізольовані частинки. Розрізняють 6 типів кварків. Стандартная модель: вся речовина складається із 12 фундаментальних частинок – 6 лептонів і 6 кварків. Кварки беруть участь у сильних, слабких і електро-магнітних взаємодіях; заряджені лептони – в слабких і електромагнітних; нейтрино – тільки в слабких взаємодіях. 1. Квантова електродинаміка. Квантова механіка дозволяє описувати рух елементарних частинок, але не їх виникнення або знищення, тобто застосовується лише для описування систем з незмінною кількістю частинок. Узагальненням квантової механіки є квантова теорія поля — це квантова теорія систем з нескінченною кількістю ступенів свободи (фізичних полів), яка враховує вимоги і квантової механіки, і теорії відносності. Потреба в такій теорії пояснюється квантово-хвильовим дуалізмом, існуванням хвильових властивостей усіх частинок. У квантовій теорії поля взаємодію трактують як результат обміну квантами поля, а польові величини оголошуються операторами, які пов’язують з актами народження й знищення квантів поля, тобто частинок. У середині XX ст. було створено теорію електромагнітної взаємодії — квантову електродинаміку (КЕД). Це продумана до найдрібніших деталей і оснащена досконалим математичним апаратом теорія взаємодії заряджених елементарних частинок (насамперед, електронів або позитронів) шляхом обміну фотонами. У КЕД для опису електромагнітної взаємодії використовується поняття віртуального фотона. Ця теорія задовольняє основні принципи як квантової теорії, так і теорії відносності. У центрі теорії — аналіз актів випромінювання або поглинання одного фотона однією зарядженою частинкою, а також анігіляції електрон-позитронної пари у фотон або породження фотонами такої пари. Якщо в класичному описі електрони уявляють у вигляді твердої точкової кульки, то в КЕД електромагнітне поле, яке оточує електрон, розглядається як хмара віртуальних фотонів, що невідступно рухається разом з електроном, оточуючи його квантами енергії. Фотони виникають і зникають дуже швидко, а електрони рухаються в просторі не по цілком визначених траєкторіях. Ще можна тим чи іншим способом визначити початкову й кінцеву точки шляху — до і після розсіювання, але сам шлях у проміжку між початком і кінцем руху залишається невизначеним. Розглянемо, наприклад, акт випромінювання (віртуального) фотона електроном. Після того, як електрон випромінює фотон, той породжує (віртуальну) електрон-позитронну пару, що може анігілювати з утворенням нового фотона. Останній може бути поглинутим вихідним електроном, але може породити нову пару і т.д. Таким чином, електрон вкривається хмарою віртуальних фотонів, електронів і позитронів, які перебувають у стані динамічної рівноваги. При цьому відомі тільки початкове й кінцеве положення електронів, а визначити момент, коли відбувається обмін фотоном і яка з частинок випромінює фотон, а яка поглинає, неможливо. Ці характеристики сховані за завісою квантової невизначеності. Опис взаємодії за допомогою частинки-носія в КЕД призвів до розширення поняття фотона. Вводяться поняття реального (кванта видимого нами світла) і віртуального (швидкоплинного, примарного) фотона, який “бачать” тільки заряджені частинки, котрі зазнають розсіювання. Щоб перевірити, як узгоджується теорія з реальністю, фізики зосередили увагу на двох ефектах, які викликали особливий інтерес. Перший стосувався енергетичних рівнів атома гідрогену — найпростішого атома. Згідно з КЕД, рівні повинні бути злегка зміщеними щодо положення, яке б вони займали за умови відсутності віртуальних фотонів. Друга вирішальна перевірка КЕД стосувалася надзвичайно малої поправки щодо власного магнітного моменту електрона. Теоретичні й експериментальні результати перевірки КЕД збігаються надзвичайно точно — більш як дев’ять знаків після коми. Настільки вражаюча відповідність дає право вважати КЕД найбільш досконалою з усіх наявних природничо-наукових теорій. Після визнання, КЕД було прийнято як модель для квантового опису трьох інших фундаментальних взаємодій. 2. Теорія кварків. Теорія кварків — це теорія будови адронів. Основна ідея цієї теорії дуже проста: всі адрони побудовані з більш дрібних частинок — кварків. Кварки несуть дробовий електричний заряд, що становить або -1/3, або +2/3 заряду електрона. Комбінація з двох і трьох кварків може мато сумарний заряд, який дорівнює нулю або одиниці. Усі кварки мають спін 1/2, отже, є ферміонами. Основоположники теорії кварків Гелл-Манн і Цвейг, щоб врахувати усі відомі в 60-і pp. адрони, ввели три сорти (аромати) кварків: u (від up — верхній), d (від down — нижній) і s (від strange — дивний). Кварки можуть поєднуватися між собою одним із двох можливих способів: або трійками, або парами кварк — антикварк. Із трьох кварків складаються порівняно важкі частинки — баріони; найбільш відомі баріони — нейтрон і протон. Більш легкі пари кварк — антикварк утворюють частинки, які одержали назву мезонів. Наприклад, протон складається з двох u – та одного d кварка (uud), а нейтрон — із двох d- кварків і одного u-кварка (udd). Щоб це “тріо” кварків не розпадалося, необхідна сила, яка б їх утримувала, якийсь “клей”. Виявилося, що підсумкова взаємодія між нейтронами й протонами в ядрі – це просто залишковий ефект більш сильної взаємодії між самими кварками. Це пояснює, чому сильна взаємодія здається настільки складною. Коли протон “прилипає” до нейтрона чи іншого протона, у взаємодії беруть участь шість кварків, кожний з яких взаємодіє з усіма іншими. Значна частина енергії витрачається на міцне “склеювання” тріо кварків, а невелика — на скріплення двох тріо кварків один з одним. Та обставина, що з різних комбінацій трьох основних частинок можна одержати усі відомі адрони, стала тріумфом теорії кварків. У 1969 р. вдалося одержати прямі фізичні докази існування кварків у серії експериментів по розсіюванню на протонах електронів, розігнаних до високих енергій. Експеримент показав, що розсіювання електронів відбувалося так, ніби електрони налітали на крихітні тверді вкраплення і відбивалися від них під найнеймовірнішими кутами. Цими твердими вкрапленнями всередині протонів є кварки. Але в 70-их pp. були відкриті нові адрони (псі-частинки, епсилон-мезон та ін.). Цим було завдано відчутний удар першому варіанту теорії кварків, оскільки у тому варіанті теорії вже не було місця для жодної нової частинки. Усі можливі комбінації з кварків та їхніх антикварків було вже вичерпано. Проблему вдалося вирішити шляхом введення трьох нових ароматів. Вони одержали назву — charm (зачарований) чи с; b – кварк (від beauty — гарний); згодом було уведено ще один аромат — t (від truth – справжній). Кварки з’єднюються між собою сильною взаємодією. Переносять сильну взаємодію глюони (колірні заряди). Розділ фізики елементарних частинок, що вивчає взаємодію кварків і глюонів, називається квантовою хромодинамікою. Як квантова електродинаміка є теорією електромагнітної взаємодії, так квантова хромодинаміка є теорією, сильної взаємодії. У даний час більшість фізиків вважає кварки справді елементарними частинками — точковими, неподільними і такими, що не мають внутрішньої структури. У цьому відношенні вони нагадують лептони, і вже давно є гіпотеза, що між цими двома різними, але подібними за своєю структурою сімействами повинен існувати глибокий взаємозв’язок. Таким чином, найбільш ймовірне число насправді елементарних частинок (не враховуючи частинки, що переносять фундаментальні взаємодії) на кінець XX ст. дорівнює 48. Із них: лептонів (6×2) = 12 плюс кварків (6хЗ)х2 = 36.

Орієнтовні теми для навчальних проектів – презентацій
1. РАДІОАКТИВНІСТЬ.
2. ВИДИ РАДІОАКТИВНОГО ВІПРОМІНЮВАННЯ.