Физика микромира

Физика микромира

Структурные уровни материи в физике

(вставить картинку)

Структурные уровни веществ в микромире

1. Молекулярный уровень - уровень молекулярного строения веществ. Молекула – единая квантово – механическая система объединяющая атомы

2. Атомный уровень - уровень атомного строения веществ.

Атом – структурный элемент микромира, состоящий из ядра и электронной оболочки.

3. Нуклонный уровень - уровень ядра и частиц его составляющих.

Нуклон – общее название протона и нейтрона, являющихся сотавными частыми атомных ядер.

4. Кварковый уровень - уровень элементарных частиц – кварков и лептонов

Структура атома

Размеры атомов порядка 10^-10 м.

Размеры ядер атомов всех элементов порядка 10^-15 м, что в десятки тысяч раз меньше размеров атомов

Ядро атома положительно, а вращающиеся вокруг ядра электроны несут с собой отрицательный электрический заряд. Положительный заряд ядра равен сумме отрицательных зарядов электронов. Атом электрически нейтрален.

Планетарная модель атома Резерфорда. (вставить рисунок)

Показаны круговые орбиты четырёх электронов

Электроны на орбитах удерживаются силами электрического притяжения между ними и ядром атома

Электрон не может пребывать в одном и том же энергетическом состоянии. В электронной оболочке электроны располагаются слоями. Каждая оболочка содержит определённое количество: в первом ближайшем от ядра слое – 2, во втором – 8, в третьем – 18, в четвертом – 32 и т. д. После второго слоя электронные орбиты расчисляются на подслои.

Энергетические уровни атома и условное изображение процессов поглощения и испускания фотонов ( посмотреть рисунок)

При переходе с низкого энергетического уровня на более высокий энергетический уровень атом поглощает энергию (квант энергии) равный разности энергии между перехода. Атом испускает квант энергии если электрон в атоме переход с более высокого энергетического уровня на более низкий (переходит скачком).

Общая классификация элементарных частиц

Элементарные частицы - это неразложимые частицы, внутренняя структура которых не являются объединением других свободных частиц, они не являются атомам или атомными ядрами, за исключением протона

Классификация

1. Фотоны

• Лептоны

2. Электроны

• Андроны

• Мезоны

• Барионы

- Протон

- Нейтрон

Основные характеристики элементарных частиц

Масса

• Лептоны (легкие)

• Мезоны (средние)

• Барионы (тяжелые)

Время жизни

• стабильные

• Квазистабильные (распадающиеся при слабом и электромагнитном взаимодействии)

• Резонансы (неустойчивые короткоживущие частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия)

Взаимодействия в микромире

1. Сильное взаимодействие обеспечивает сильную связь и нейтронов в ядрах атомов, кварков в нуклонах

2. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает связь электронов с ядрами, атомов в молекулах

3. Слабое взаимодействие обеспечивает переход между разными типами кварков, в частности, определяет распад нейтронов, вызывает взаимные переходы между различными типами лептонов

4. Гравитационное взаимодействие в микромире при расстоянии 10^-13 см не может не учитываться, однако при расстояниях порядка 10^-33 см начинают проявляться особые свойства физического вакуума – виртуальные сверхтяжелые частицы окружают себя гравитационными полем, искажающим геометрию пространства

Характеристика взаимодействия элементарных частиц

Тип взаимодействия	Относительная интенсивность	Радиус действия см	Частицы между которыми происходит взаимодействие	Частицы – переносчики взаимодействия
				название	Масса ГэВ
Сильное	1	10^-13- 10^-14	Адроны (нейтроны, протоны, мезоны)	Глюоны	0
Электромагнитное	~10^-2	∞	Все электрически заряженные тела и частицы	Фотон	0
Слабое	~10^-15	<<10^-14	Все элементарные частицы, кроме фотонов	Векторные обозоны W^+, W^-, Z^0	81 96
Гравитационное	~10^-38	∞	Все частицы	Гравитоны (гипотетически частица)	0

Структурны уровни организации материи (поле)

Поле

• Гравитационное (кванты – гравитоны)

• Электромагнитное (кванты – фотоны)

• Ядерное (кванты – мезоны)

• Электронно – позитивное (квант – электроны, позитроны)

Структурные уровни организации материи (вещество и поле)

Вещество и поле различаются

• По массе покоя

• По закономерностям движения

• По степеням проницаемости

• По степени концентрации массы и энергии

• Как корпускулярная и волновая сущности

Общий вывод: различие веществ и поля верно характеризует реальный мир в макроскопическом приближении. Это различие не является абсолютным, и при переходе к микрообъектам ярко обнаруживается его относительность. В микромире понятие «частицы» (вещество) и «волны» (поля) выступают как дополнительные характеристики, выражающие внутренние противоречивость сущность микрообъектов.

Кварки – составные элементарных частиц

У всех кварков дробный электрический заряд. Кварки характеризуются странностью, очарованием и красотой.

Барионный заряд у всех кварков равен 1/3, у соответствующих им антикварков -1/3. У каждого кварка три состояния, эти состояния называются цветовыми: R – красный, G – зеленый и B – голубой

Создание единой теории поля

Идея объединения