Metode experimentale pentru studierea particulelor: tabel

În acest articol, vom ajuta la pregătirea pentru o lecție în fizică (clasa 9). Metodele experimentale pentru studierea particulelor nu sunt un subiect obișnuit, ci o excursie foarte interesantă și interesantă în lumea științei nucleare moleculare. Pentru a atinge acest nivel de progres al civilizației a fost în măsură recent, iar oamenii de știință sunt încă argumentând, ca și în cazul în care omenirea avea nevoie de o astfel de cunoștințe? La urma urmei, dacă oamenii vor fi capabili să repete procesul unei explozii atomice, care a dus la apariția universului, poate fi distrus nu numai planeta noastră, ci și întregul Cosmos.

Ce particule vorbesc și de ce ar trebui investigate?

O parte din răspunsurile la aceste întrebări este furnizată de cursul fizicii. Metodele experimentale de studiere a particulelor sunt o modalitate de a vedea ce este inaccesibil oamenilor chiar și atunci când folosiți cele mai puternice microscoape. Dar despre totul în ordine.

O particulă elementară este un termen cumulativ, prin care înțelegem particule care nu pot fi deja divizate în bucăți mai mici. În total, fizicienii au descoperit mai mult de 350 de particule elementare. Suntem obișnuiți să auzim despre protoni, neuroni, electroni, fotoni, cuarci. Acestea sunt așa numitele particule fundamentale.

Caracteristicile particulelor elementare

Toate cele mai mici particule au aceeași proprietate: ele pot fi transformate reciproc sub influența propriului lor impact. Unele au proprietăți electromagnetice puternice, altele slabe gravitaționale. Dar toate particulele elementare sunt caracterizate de următorii parametri:

• Greutate.
• Spinul este un moment unghiular adecvat.
• Încărcătoare electrică.
• Timpul vieții.
• Paritatea.
• Momentul magnetic.
• Barion de încărcare.
• Taxă leptonică.

Excursie scurtă în teoria structurii materiei

Orice substanță constă din atomi, care la rândul lor au un nucleu și electroni. Electronii, ca și planetele din sistemul solar, se mișcă în jurul nucleului fiecare în axa sa proprie. Distanța dintre ele este foarte mare, la scară atomică. Nucleul constă din protoni și neuroni, legătura dintre ele este atât de puternică încât este imposibil să le separăm în orice mod cunoscut științei. Aceasta este esența metodelor experimentale pentru studierea particulelor (pe scurt).

E greu de imaginat, dar comunicările nucleare depășesc numeroasele forțe cunoscute pe pământ. Știm interacțiunea electromagnetică, chimice, explozii nucleare. Dar ceea ce ține împreună protonii și neuronii este altceva. Poate că aceasta este cheia pentru a descoperi misterul originii universului. De aceea este atât de important să studiem metodele experimentale de studiere a particulelor.

Numeroase experimente au determinat oamenii de știință să creadă că neuronii constau din unități chiar mai mici și le numesc "quarks". Ceea ce este în interiorul lor nu este încă cunoscut. Dar cuarcile sunt unități inseparabile. Adică, nu se poate alege în nici un fel. Dacă oamenii de știință folosesc metoda experimentală de a studia particulele pentru a identifica un quark, atunci indiferent câte încercări fac, cel puțin două cuarci sunt întotdeauna alocate. Acest lucru confirmă încă o dată puterea inviolabilă a potențialului nuclear.

Ce metode există pentru studierea particulelor

Să trecem direct la metodele experimentale de studiere a particulelor (Tabelul 1).

Aparent, metodele experimentale de studiere a particulelor (Tabelul 1) au o natură foarte diferită de interacțiune. Unele teorii sunt deja depășite și au fost îmbunătățite de tehnologia modernă. Să analizăm fiecare dintre aceste metode mai detaliat.

Metode experimentale pentru studierea particulelor. Contorul Geiger

Acest dispozitiv a fost un progres real la începutul secolului XX. Dar ajută la studierea numai a electronilor.

Este un cilindru metalic cu o sarcină negativă. O axă subțire a firului cu o sarcină pozitivă este întinsă de-a lungul suprafeței sale. Dispozitivul este conectat la o rețea cu o tensiune foarte ridicată - aproximativ 1000 V, datorită căruia se formează un câmp electric imens în interior. Acum, acest design ar trebui plasat într-un tub de sticlă sigilat, care va conține un gaz rarefiat.

Atunci când moleculele de gaz sunt ionizate, se produce un număr mare de perechi de electroni-ioni. Cu cât mai multă tensiune, cu atât mai mult este aburul liber, până când atinge un vârf și nu mai rămâne un singur ion liber. În acest moment, contorul înregistrează particula.

Camera Wilson

Aceasta este una dintre primele metode experimentale pentru studierea particulelor încărcate și a fost inventată la cinci ani după contorul Geiger - în 1912.

Structura este simplă: un cilindru de sticlă, interior - un piston. Mai jos este o cârpă neagră, impregnată cu apă și alcool, astfel încât aerul din cameră să fie saturat cu vaporii.

Pistonul începe să coboare și să se ridice, creând presiune, ca urmare a răcirii gazului. Trebuie să se formeze condens, dar nu există, deoarece nu există centru de condensare (particule de ioni sau praf) în cameră. După aceea, flaconul este ridicat pentru a obține o particulă - un ion sau un praf. Particula începe să se miște și se formează un condens de-a lungul traiectoriei sale, care poate fi văzută. Calea care trece prin particulă se numește calea.

Dezavantajul acestei metode este gama prea mică de particule. Acest lucru a dus la apariția unei teorii mai progresive bazate pe un dispozitiv cu un mediu mai dens.

Bubble Chamber

Principiul analog al acțiunii camerei Wilson are următoarea metodă experimentală pentru studierea particulelor: Camera cu bule. Doar în locul gazului saturat, în becul din sticlă se află lichid.

Baza teoriei este că, sub presiune înaltă, lichidul nu poate începe să fiarbă deasupra punctului de fierbere. Dar, de îndată ce apare o particulă încărcată, de-a lungul traseului mișcării sale lichidul începe să fiarbă, trecând într-o stare de vapori. Picaturile acestui proces sunt fixate de aparatul de fotografiat.

Metoda de fotoemulsii cu strat gros

Să ne întoarcem la masa fizică "Metode experimentale de cercetare a particulelor". În el, împreună cu camera de nor Wilson și metoda cu bule, am considerat o metodă de înregistrare a particulelor cu o foaie de emulsie cu strat gros. Experimentul a fost inițial realizat de fizicienii sovietici L.V. Mysovski și A.P. Zhdanov în 1928.

Ideea este foarte simplă. Pentru experimente se folosește o placă acoperită cu un strat gros de fotoemulsii. Această fotoemulsie constă din cristale de bromură de argint. Atunci când o particulă încărcată pătrunde într-un cristal, ea separă electronii de atom, care formează un lanț ascuns. Acesta poate fi văzut prin afișarea unui film. Imaginea rezultată ne permite să calculam energia și masa unei particule.

De fapt, pista este foarte scurtă și microscopică mică. Dar metoda este bună deoarece imaginea afișată poate fi mărită de nenumărate ori, astfel încât să fie mai bine studiată.

Metoda de scintilație

Pentru prima dată a fost ținută de Rutherford în 1911, deși ideea a apărut puțin mai devreme, iar un alt om de știință - U. Krupe. În ciuda faptului că diferența a fost de 8 ani, în acest timp a fost necesar să se îmbunătățească dispozitivul.

Principiul de bază este că pe ecranul acoperit cu o substanță luminescentă vor apărea intermitențe de lumină atunci când trec o particulă încărcată. Atomii materiei sunt excitați atunci când sunt expuși la o particulă cu o energie puternică. În momentul coliziunii, se observă o bliț, care se observă la microscop.

Această metodă este foarte nepopulară printre fizicieni. Are mai multe neajunsuri. În primul rând, acuratețea rezultatelor obținute depinde foarte mult de acuitatea vizuală a unei persoane. Dacă clipiți - puteți trece peste un punct foarte important.

În al doilea rând, cu observație prelungită, ochii se obosesc foarte repede și, prin urmare, studiul atomilor devine imposibil.

constatări

Există mai multe metode experimentale pentru studierea particulelor încărcate. Deoarece atomii de materie atât de mici încât sunt dificil de a vedea chiar și cel mai puternic microscop, oamenii de știință trebuie să pună diverse experimente pentru a înțelege ceea ce este în mijlocul centrului. În acest stadiu al civilizației, sa făcut o mare cale și s-au studiat elementele cele mai inaccesibile. Poate că în ele se află secretele universului.