Мельчайшие частицы материи

Элементарные частицы
Аристотель (384 – 322 до н.э.)
всё делится на:
вещество: воздух, вода, земля, огонь,
взаимодействия: лёгкость и тяжесть

Поиск элементарных составляющих, из которых образована вся окружающая материя.
Изучение сил, связывающих элементарные составляющие материи.
Описание движения частиц под действием известных сил.
Древние греки:
Есть мельчайшие неделимые частицы – атомы;
Вещество можно делить бесконечно!
Теория ядра не существует!
Осторожно, лженауки!

Новая физика на рубеже веков -
теория относительности, квантовая теория
1897 год, Дж. Томсон, открытие электрона;
1905 год, А. Эйнштейн, теория относительности;
Квантовая теория.

Теория относительности
Равномерное и прямолинейное движение тел не влияет на происходящие в них процессы.
Существует предельная скорость распространения взаимодействия - скорость света в пустоте.
Преобразование Лоренца.

Квантовая теория
1900 г., работа М. Планка по проблемам теплового излучения, постоянная Планка.
Фотоэффект,
Рассеяние фотонов на электронах,
1924 г. Луи-де-Бройль, корпускулярно-волновй дуализм,
1927 г. В. Гейзенберг, принцип неопределенности.

Открытие атомного ядра
1904 г. Дж. Томсон, атом - нейтральная система - из заряженного шара с зарядом +Ze, внутри Z отрицательно заряженных электронов. Размер атома ~10-8 см.
1911 г. Э. Резерфорд, положительно заряженное атомное ядро с радиусом < 10-12 см и электронная оболочка с радиусом ~10-8 см. 99.98% массы в ядре.

Нерелятивистская квантовая теория
1913 г., Н. Бор, квантовая теория орбит.
1926 г. уравнение Шредингера.
Вероятностный характер микромира.

Радиоактивность
1898 г. А. Беккерель, открытие радиоактивности – испускание:
нейтрально заряженных частиц – фотонов,
отрицательно заряженных частиц- электронов,
положительно заряженных частиц.
1919 г., первый масс-спектрограф Ф. Астона.
Измерение масс ядер, открытие α-частиц.

Первая ядерная реакция и строение ядра
1919 г. Э. Резерфорд
14N + a→ 17O + p
Открытие протона.
До 1932 г., Протон-электронная модель.
1928 г., Г. Гамов, модель α-распада.
1932 г., Д. Чедвик, открытие нейтрона.
Нейтрон-протонная модель ядра.
Открытие изотопов.
Открытие ядерных сил.

Размеры ядер
Плотность ядерной материи в центре ядра приблизительно одинакова у всех ядер и составляет ~ 0.17 нукл./Фм3.
Толщина поверхностного слоя (спад плотности от 0.9 до 0.1) у всех ядер примерно одинакова d = 2.4·Фм.
Величина радиуса ядра определяется числом нуклонов, R = 1.3A1/3 Фм.
1 Фм = 10-13см.
Единица энергии – электрон-вольт (эВ)

Размеры ядра

Фундаментальные взаимодействия

Кварки, 1963 г.
М. Гелл-Манн и Г. Цвейг предложили кварковую модель адронов. Барионы “конструировались” из трёх кварков, мезоны – из кварка и антикварка.
нейтрон: 1up 2down
протон: 2up 1down
Нобелевская премия 1969 г.

Фундаментальные частицы
Cтандартной Модели

Диаграмма состояния ядерной материи

Тёмная материя
1933 г. Ф. Цвики
Тёмная материя — вещество неизвестной природы, которое взаимодействует с обычными веществами посредством сил тяготения.
Оно не излучает свет.
Движение галактик в скоплениях можно описать, если предположить, что суммарная масса скопления в 10 раз больше суммарной массы составляющих его галактик.
Устойчивое вращение звезд по орбитам в рукавах спиральных галактик требует большей массы галактик.
Для описания температуры межгалактического газа требуется гравитационный потенциал и, следовательно, масса галактик гораздо больше наблюдаемой оптическими методами.
Микролинзирование удаленных галактик позволяет оценить распределение вещества в галактиках и их скоплениях. Его также оказывается на порядок больше наблюдаемого.
galaxy cluster CL0024+17

Тёмная энергия
В начале 1998 г. было сделано открытие. Оказалось, что последние 5·109 лет расширение Вселенной не замедлялось, как следует из модели Большого Взрыва, а ускорялось.
Этот вывод получен в результате анализа спектров излучения взрывающихся Сверхновых, расположенных от Земли на расстоянии 5-10 млрд световых лет.
Таким образом было доказано наличие в космосе гравитационного отталкивания, присущего физическому вакууму.
2008 – тёмный поток.