Номер 1, страница 356 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. В чём различие трёх этапов развития физики элементарных частиц?

Развитие физики элементарных частиц принято делить на три основных этапа, которые различаются ключевыми открытиями, теоретическими представлениями и количеством известных частиц.

Первый этап: Атомный (конец XIX века – 1932 г.)

Этот этап был сосредоточен на изучении строения атома и поиске его фундаментальных составляющих. В этот период было известно лишь небольшое количество частиц, которые считались истинно элементарными, то есть неделимыми. Основные открытия этого периода:

• Электрон (1897 г., Дж. Дж. Томсон) – первая открытая элементарная частица.
• Фотон (1900-1905 гг., М. Планк, А. Эйнштейн) – квант электромагнитного поля.
• Протон (1919 г., Э. Резерфорд) – ядро атома водорода.
• Нейтрон (1932 г., Дж. Чедвик) – нейтральная частица в составе ядра.

К концу этого этапа была также открыта первая античастица — позитрон (1932 г., К. Андерсон). Таким образом, ключевое отличие этого периода — это представление о мире, построенном из очень ограниченного набора "кирпичиков" материи.

Второй этап: "Зоопарк частиц" (1930-е – начало 1960-х гг.)

С появлением более мощных ускорителей и развитием методик регистрации (например, пузырьковой камеры) физики начали обнаруживать огромное количество новых частиц, рождающихся в высокоэнергетических столкновениях. Были открыты мюоны, пионы, каоны, гипероны и другие частицы, число которых быстро превысило сотню.

Это обилие привело к периоду, названному "зоопарком частиц", поскольку у физиков не было теории, которая бы объясняла такое многообразие. Основной задачей стали открытие и систематизация частиц по их свойствам: массе, заряду, времени жизни, а также по новым, специально введённым квантовым числам, таким как странность и изотопический спин. Главное отличие этого этапа — лавинообразный рост числа известных частиц и отсутствие фундаментальной теоретической основы для их объяснения.

Третий этап: Современный (этап Стандартной модели, с середины 1960-х гг. по настоящее время)

Этот этап ознаменовался теоретическим прорывом. В 1964 году была выдвинута гипотеза о том, что большинство открытых на предыдущем этапе частиц (адроны: барионы и мезоны) не являются элементарными, а состоят из более фундаментальных частиц — кварков. Эта идея, наряду с объединением электромагнитного и слабого взаимодействий, легла в основу Стандартной модели.

Стандартная модель навела порядок в "зоопарке частиц", постулировав, что всё многообразие материи строится из небольшого числа истинно фундаментальных частиц:

• 6 лептонов (электрон, мюон, тау-лептон и три вида нейтрино).
• 6 кварков (с их "ароматами" и "цветами").
• Бозоны, переносящие фундаментальные взаимодействия (фотон, глюоны, W- и Z-бозоны).
• Бозон Хиггса, который наделяет частицы массой.

Все предсказания этой теории были успешно подтверждены экспериментально, включая открытие последнего недостающего элемента — бозона Хиггса в 2012 году. Ключевое отличие этого этапа — создание и блестящее подтверждение стройной теоретической модели, которая систематизировала мир частиц, сведя его к небольшому числу фундаментальных составляющих и их взаимодействий.

Ответ:

Основное различие трёх этапов заключается в переходе от простого накопления данных к созданию единой фундаментальной теории.
Первый этап — открытие нескольких базовых частиц, составляющих атом (протон, нейтрон, электрон).
Второй этап — открытие сотен новых частиц ("зоопарк частиц") без понимания их внутренней структуры и взаимосвязей.
Третий этап — создание и подтверждение Стандартной модели, которая объяснила "зоопарк частиц" через комбинации более фундаментальных составляющих (кварков и лептонов) и описала три из четырех фундаментальных взаимодействий.