Формування в учнів школи уявлень про елементарні частинки

       Взаємні перетворення елементарних частинок мають  свої закономірності, що перегукуються  із законами класичної фізики. Так, дуже важливим є той факт, що для  елементарних частинок також можуть бути застосовані закони збереження їхніх фундаментальних характеристик. Наприклад, для елементарних частинок виконується закон збереження електричного заряду: при будь-якому взаємному перетворенні частинок алгебраїчні суми електричних зарядів вихідних і кінцевих частинок рівні. Це дозволяє відразу виключити з аналізу ті схеми, де ця умова не виконується.

       Але як іде справа у світі мікрооб'єктів  з описом їхнього руху і стану? Відомо, що в класичній механіці на це питання відповідають закони збереження енергії (1), імпульсу (2) і  моменту імпульсу (3):

       AU=Q-A, (1)

       де  AU — зміна внутрішньої енергії системи; Q— теплота, що надається системі; А — робота, здійснена системою над зовнішніми тілами.

        ₍₂₎

       де  т_г т₂— маса тіл 1 і 2;

       V₁, V₂— швидкість тіл 1 і 2.

       L — const, (3)

       де  L — момент імпульсу замкненої системи.

       Усі закони збереження є наслідками певних властивостей простору й часу.

       Час однорідний, тобто протікання фізичних процесів не залежить від того, який момент обраний за початковий відлік. Наслідком однорідності часу є  закон збереження енергії.

       Усі точки в просторі фізично рівноправні, що дозволяє вважати однорідним простір. Наслідком цього є закон збереження імпульсу.

       Закон збереження моменту  імпульсу є наслідком ізотропності простору, тобто фізичної рівноправності всіх напрямків у просторі.

       Ще  жоден експеримент не довів, що в  мікросвіті ці закони не виконуються, тому такі динамічні змінні, як енергія, імпульс і момент імпульсу, для  елементарних частинок також зберігають свій зміст. Однак специфічна природа  мікрооб'єктів вносить деякі зміни  в закони, що їх описують. Поправки при  описі мікрооб'єктів вносяться  на підставі ідеї квантування фізичних величин і корпускулярно-хвильового дуалізму.

РОЗДІЛ  6

ВЗАЄМОДІЇ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

       На  нинішньому етапі розвитку науки  вся різноманітність явищ, які  мають місце у Всесвіті на всіх її рівнях – мікросвіт, жива природа, зірки, галактики – визначаються чотирма фундаментальними взаємодіями. Дві з них відомі з класичної  фізики – це гравітаційна та електромагнітна. Специфічною особливістю володіють  ядерна – сильна та слабка взаємодії. Вони є короткодіючими і мало впливають не лише на рух макроскопічних тіл, а й на рух і властивості атомів та молекул і проявляються лише в ядерних явищах та в перетвореннях елементарних частинок. У основу сучасного підходу до класифікації елементарних частинок також покладено типи фундаментальних

взаємодій [4].

       Гравітаційна  взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.

       Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок (нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.

       Слабка  взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, без нейтринні процеси розпаду частинок з великою тривалістю життя (τ = 10^-10с).

       Сильна  взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.

      Основні властивості ядерних  сил

       1. Ядерні сили — це сили притягання, тому що вони утримують нуклони  всередині ядра; у тому числі  вони забезпечують зв'язок між  однойменно зарядженими протонами.  При дуже тісному зближенні  нуклонів ядерні сили між ними  мають характер відштовхування.

       2. Ядерні сили — це не електричні  сили, тому що вони діють не  тільки між зарядженими протонами,  але і нейтронами, що не мають  заряду. Вони також не є гравітаційними  силами, які мізерно малі для  пояснення ядерних ефектів.

       3. Радіус дії ядерних сил (1 - 2)10 ^-13 см. При великих відстанях між частинками ядерна взаємодія не виявляється, тому її називають короткодіючою, тобто такою, що слабшає зі збільшенням відстані.

       4. В області своєї дії ядерні  сили дуже інтенсивні. їхня інтенсивність  значно більша за інтенсивність  електромагнітних сил, тобто ядерні  сили утримують всередині ядра  однойменно заряджені протони,  між якими існує сильне електричне  відштовхування.

       Встановлено, що ядерні сили в 100—1000 разів менші, ніж час електромагнітної взаємодії:

       де  τ_яд — ядерний час.

       Помічено, що при взаємодії нейтрона й протона  може відбуватися обмін електричними зарядами між цими частинками. У  результаті цього нейтрон перетворюється на протон, а протон — на нейтрон. Квантово-механічний аналіз цієї властивості  ядерних сил дозволив установити, що ядерна взаємодія нуклонів здійснюється за рахунок л-мезонів, які є квантами ядерної взаємодії (аналогічно до фотонів  — квантів електромагнітного  поля).

ВИСНОВОК

       Елементарні частинки – це первинні частинки, які не розпадаються, з них складається вся матерія. Поняття елементарні частинки сформувалося в тісному зв'язку з встановленням дискретного характеру будови речовини на мікроскопічному рівні.

       Основними характеристиками елементарних частинок вважають їхню масу спокою й елементарний заряд.

       Спін  елементарної частинки — квантова величина, яка не має аналога в класичній механіці й електродинаміці. Це власна невід'ємна властивість елементарної частинки, настільки ж фундаментальна, як заряд або маса. Її можна пояснити як момент імпульсу елементарної частинки, що не пов'язаний з її рухом і не залежить від зовнішніх умов.

       Елементарні частинки поєднують  у три групи:

• фотони;
• лептони;
• адрони.

       Проблеми навчання фізики елементарних частинок та фундаментальних взаємодій у середній школі існують з 50-х років минулого століття. Методологічних досліджень з цих питань майже не було. Остаточного формування структури і змісту курсу фізики для 11-річної освіти ще не сталось. 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Семенішева Р.В. Теоретико-методологічні основи формування наукового світогляду учнів у процесі вивчення фізики. – К.: Наука, 2009. – 437 с.
2. Иоффе Б. Л., Окунь Л. Б. Новые элементарные частицы. – М.: “Успехи физических наук”, 1975. – 456 с.
3. Гончаренко С.У. Фізика . – К.: “ Освіта ” , 2002. – 342 с.
4. Кучерук І.М., Горбачук І.Т.Загальний курс фізики. Т.3. Оптика. Квантова фізика. –К, 2006.–522 с.
5. Матвеєв О.М. Механіка і теорія відносності. –К., 1993.–288 с.
6. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 6 т./ Т.6. Ядерная физика. – М., 1989.– 520 с.
7. Кушнір Р. Курс фізики. Ч.3: Ядерна фізика. – Львів, 2000.– 196 с.
8. Савельев И.В. Курс общей физики.Т.3: Физика Атома. – М., 1987.– 416 с.
9. Іванків Л.І., Палюх Б.М. Механіка. – К., 1995. – 227 с.
10. Марков М.А. О природе материи. М., 1976. – 342 с.