भौतिकी पाठ कण भौतिकी। प्राथमिक कण और उनके गुण

नगरपालिका बजटीय शैक्षणिक संस्थान –

औसत माध्यमिक विद्यालयनंबर 7 बेलगोरोड

खुला पाठभौतिकी में

11वीं कक्षा

« प्राथमिक कण»

तैयार और संचालित:

भौतिक विज्ञान के अध्यापक

पोल्शिकोवा ए.एन.

बेलगोरोड 2015

विषय: प्राथमिक कण.

पाठ का प्रकार: अध्ययन का पाठ और नए ज्ञान का प्राथमिक समेकन

शिक्षण विधि:व्याख्यान

छात्र गतिविधि का रूप: ललाट, सामूहिक, व्यक्तिगत

पाठ का उद्देश्य: पदार्थ की संरचना के बारे में विद्यार्थियों की समझ का विस्तार करना; प्राथमिक कण भौतिकी के विकास के मुख्य चरणों पर विचार कर सकेंगे; प्राथमिक कणों और उनके गुणों की अवधारणा दीजिए।

पाठ मकसद:

शिक्षात्मक : छात्रों को प्राथमिक कण की अवधारणा, प्राथमिक कणों की टाइपोलॉजी, साथ ही प्राथमिक कणों के गुणों का अध्ययन करने के तरीकों से परिचित कराना;

विकास संबंधी: विकास करना संज्ञानात्मक रुचिछात्र, सक्रिय संज्ञानात्मक गतिविधि में उनकी व्यवहार्य भागीदारी सुनिश्चित करना;

शिक्षात्मक: सार्वभौमिक मानवीय गुणों की शिक्षा - धारणा के बारे में जागरूकता वैज्ञानिक उपलब्धियाँइस दुनिया में; जिज्ञासा और सहनशक्ति का विकास करना।

पाठ के लिए उपकरण:

उपदेशात्मक सामग्री: पाठ्यपुस्तक सामग्री, परीक्षण कार्ड और तालिकाएँ

विजुअल एड्स: प्रस्तुति

पाठ प्रगति

(प्रस्तुति)

1. पाठ की शुरुआत का संगठन.

शिक्षक की गतिविधियाँ: शिक्षक और छात्रों के बीच पारस्परिक अभिवादन, छात्रों को ठीक करना, पाठ के लिए छात्रों की तैयारी की जाँच करना। काम की व्यावसायिक लय में छात्रों का ध्यान और समावेशन का संगठन।

अनुमानित छात्र गतिविधि: ध्यान को व्यवस्थित करना और काम की व्यावसायिक लय में शामिल करना।

2. पाठ के मुख्य चरण की तैयारी।

शिक्षक की गतिविधियाँ: आज हम "क्वांटम भौतिकी" के एक नए खंड - "प्राथमिक कण" का अध्ययन शुरू करेंगे। इस अध्याय में हम प्राथमिक, अविभाज्य कणों के बारे में बात करेंगे जिनसे सभी पदार्थ निर्मित होते हैं, प्राथमिक कणों के बारे में।

भौतिकविदों ने परमाणु प्रक्रियाओं का अध्ययन करते समय प्राथमिक कणों के अस्तित्व की खोज की, इसलिए 20 वीं शताब्दी के मध्य तक, प्राथमिक कण भौतिकी परमाणु भौतिकी की एक शाखा थी। वर्तमान में, कण भौतिकी और परमाणु भौतिकीभौतिकी की करीबी लेकिन स्वतंत्र शाखाएँ हैं, जो विचार की गई कई समस्याओं और उपयोग की जाने वाली शोध विधियों की समानता से एकजुट हैं।

प्राथमिक कण भौतिकी का मुख्य कार्य प्राथमिक कणों की प्रकृति, गुणों और पारस्परिक परिवर्तनों का अध्ययन करना है।

प्राथमिक कणों की भौतिकी का अध्ययन करना भी हमारा मुख्य कार्य होगा।

3. नए ज्ञान और कार्रवाई के तरीकों को आत्मसात करना।

शिक्षक की गतिविधियाँ: पाठ विषय: "प्रारंभिक कण भौतिकी के विकास के चरण।" इस पाठ में हम निम्नलिखित प्रश्नों पर गौर करेंगे:

इस विचार के विकास का इतिहास कि दुनिया प्राथमिक कणों से बनी है

प्राथमिक कण क्या हैं?

कोई पृथक प्राथमिक कण कैसे प्राप्त कर सकता है और क्या यह संभव है?

कणों की टाइपोलॉजी.

यह विचार है कि संसार मूलभूत कणों से बना है लंबा इतिहास. आज, प्राथमिक कण भौतिकी के विकास में तीन चरण हैं।

आइए पाठ्यपुस्तक खोलें। आइए चरणों और समय-सीमाओं के नाम से परिचित हों।

चरण 1. इलेक्ट्रॉन से पॉज़िट्रॉन तक: 1897 - 1932।

चरण 2. पॉज़िट्रॉन से क्वार्क तक: 1932 - 1964।

चरण 3. क्वार्क परिकल्पना (1964) से आज तक।

शिक्षक की गतिविधियाँ:

प्रथम चरण।

प्राथमिक, यानी सबसे सरल, और भी अविभाज्य, इस प्रकार प्रसिद्ध प्राचीन यूनानी वैज्ञानिक डेमोक्रिटस ने परमाणु की कल्पना की थी। मैं आपको याद दिला दूं कि अनुवाद में "परमाणु" शब्द का अर्थ "अविभाज्य" है। पहली बार, छोटे, अदृश्य कणों के अस्तित्व का विचार जो आसपास की सभी वस्तुओं को बनाते हैं, 400 साल ईसा पूर्व डेमोक्रिटस द्वारा व्यक्त किया गया था। विज्ञान ने परमाणुओं की अवधारणा का उपयोग केवल में ही शुरू किया प्रारंभिक XIXसदी, जब इस आधार पर एक पूरी श्रृंखला की व्याख्या करना संभव था रासायनिक घटनाएँ. और इस सदी के अंत में इसकी खोज हुई जटिल संरचनापरमाणु. 1911 में, परमाणु नाभिक की खोज की गई (ई. रदरफोर्ड) और अंततः यह सिद्ध हो गया कि परमाणुओं की एक जटिल संरचना होती है।

आइए दोस्तों याद रखें: कौन से कण परमाणु का हिस्सा हैं और संक्षेप में उनका वर्णन करते हैं?

अनुमानित छात्र गतिविधि:

शिक्षक की गतिविधियाँ: दोस्तों, शायद आप में से कुछ लोगों को याद हो: इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की खोज किसके द्वारा और किस वर्ष में की गई थी?

अनुमानित छात्र गतिविधि:

इलेक्ट्रॉन. 1898 में जे. थॉमसन ने इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की वास्तविकता को सिद्ध किया। 1909 में, आर. मिलिकन ने पहली बार एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को मापा।

प्रोटोन. 1919 में ई. रदरफोर्ड ने नाइट्रोजन पर कणों की बमबारी करते हुए एक ऐसे कण की खोज की जिसका आवेश एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर था और जिसका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1836 गुना अधिक था। कण का नाम प्रोटॉन रखा गया।

न्यूट्रॉन. रदरफोर्ड ने एक आवेशहीन कण के अस्तित्व का भी सुझाव दिया जिसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बराबर है।

1932 में डी. चैडविक ने रदरफोर्ड द्वारा सुझाए गए कण की खोज की और इसे न्यूट्रॉन कहा।

शिक्षक की गतिविधियाँ: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की खोज के बाद, यह स्पष्ट हो गया कि परमाणुओं के नाभिक की, स्वयं परमाणुओं की तरह, एक जटिल संरचना होती है। नाभिक की संरचना का प्रोटॉन-न्यूट्रॉन सिद्धांत उत्पन्न हुआ (डी. डी. इवानेंको और वी. हाइजेनबर्ग)।

19वीं सदी के 30 के दशक में एम. फैराडे द्वारा विकसित इलेक्ट्रोलिसिस के सिद्धांत में -आयन की अवधारणा सामने आई और प्राथमिक चार्ज को मापा गया। 19वीं सदी का अंत - इलेक्ट्रॉन की खोज के अलावा, रेडियोधर्मिता की घटना की खोज द्वारा चिह्नित किया गया था (ए. बेकरेल, 1896)। 1905 में, भौतिकी में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र क्वांटा - फोटॉन (ए. आइंस्टीन) का विचार उत्पन्न हुआ।

आइए याद रखें: फोटॉन क्या है?

अनुमानित छात्र गतिविधि: फोटोन (या क्वांटम विद्युत चुम्बकीय विकिरण) एक प्राथमिक प्रकाश कण है, विद्युत रूप से तटस्थ, बाकी द्रव्यमान से रहित, लेकिन ऊर्जा और गति रखता है।

शिक्षक की गतिविधियाँ: खुले कणों को अविभाज्य और अपरिवर्तनीय प्राथमिक सार माना जाता था, जो ब्रह्मांड के मुख्य निर्माण खंड थे। हालाँकि, यह राय अधिक समय तक नहीं टिकी।

चरण 2.

1930 के दशक में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के पारस्परिक परिवर्तनों की खोज और अध्ययन किया गया, और यह स्पष्ट हो गया कि ये कण भी प्रकृति के अपरिवर्तनीय प्राथमिक "निर्माण खंड" नहीं हैं।

वर्तमान में, लगभग 400 उप-परमाणु कण ज्ञात हैं (वे कण जो परमाणु बनाते हैं, जिन्हें आमतौर पर प्राथमिक कहा जाता है)। इन कणों का विशाल बहुमत अस्थिर है (प्राथमिक कण एक दूसरे में परिवर्तित हो जाते हैं)।

एकमात्र अपवाद फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रिनो हैं।

फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रिनो स्थिर कण हैं (ऐसे कण जो अंदर मौजूद हो सकते हैं स्वतंत्र राज्यअसीमित समय), लेकिन उनमें से प्रत्येक, अन्य कणों के साथ बातचीत करते समय, अन्य कणों में बदल सकता है।

अन्य सभी कण निश्चित अंतराल पर अन्य कणों में स्वतःस्फूर्त परिवर्तन से गुजरते हैं, और यह मुख्य तथ्यउनका अस्तित्व.

मैंने एक और कण का उल्लेख किया - न्यूट्रिनो। इस कण की मुख्य विशेषताएँ क्या हैं? इसकी खोज किसने और कब की थी?

छात्र की अनुमानित गतिविधि: न्यूट्रिनो विद्युत आवेश से रहित एक कण है और इसका शेष द्रव्यमान 0 है। इस कण के अस्तित्व की भविष्यवाणी 1931 में डब्ल्यू. पॉली ने की थी, और 1955 में, कण को ​​​​प्रयोगात्मक रूप से पंजीकृत किया गया था। न्यूट्रॉन क्षय के परिणामस्वरूप स्वयं प्रकट होता है:

शिक्षक की गतिविधियाँ: अस्थिर प्राथमिक कण अपने जीवनकाल में बहुत भिन्न होते हैं।

सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला कण न्यूट्रॉन है। न्यूट्रॉन का जीवनकाल लगभग 15 मिनट है।

अन्य कण बहुत कम समय तक "जीवित" रहते हैं।

ऐसे कई दर्जन कण हैं जिनका जीवनकाल 10 से अधिक है -17 साथ। सूक्ष्म जगत के पैमाने पर यह एक महत्वपूर्ण समय है। ऐसे कणों को कहा जाता हैअपेक्षाकृत स्थिर .

बहुमत अल्पकालिक प्राथमिक कणों का जीवनकाल 10 के क्रम का होता है-22 -10 -23 सेकंड.

पारस्परिक परिवर्तन की क्षमता सभी प्राथमिक कणों का सबसे महत्वपूर्ण गुण है।

प्राथमिक कण पैदा होने और नष्ट (उत्सर्जित और अवशोषित) होने में सक्षम हैं। यह स्थिर कणों पर भी लागू होता है, एकमात्र अंतर यह है कि स्थिर कणों का परिवर्तन अनायास नहीं होता है, बल्कि अन्य कणों के साथ बातचीत के माध्यम से होता है।

एक उदाहरण होगाविनाश (अर्थात् लापता होने के ) इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन, उच्च-ऊर्जा फोटॉन के जन्म के साथ।

पॉज़िट्रॉन (एक इलेक्ट्रॉन का एक प्रतिकण) एक धनात्मक आवेशित कण होता है जिसका द्रव्यमान और इलेक्ट्रॉन के समान (मॉड्यूलो) आवेश होता है। हम अगले पाठ में इसकी विशेषताओं के बारे में अधिक विस्तार से बात करेंगे। मान लीजिए कि पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी पी. डिराक ने 1928 में की थी, और इसकी खोज 1932 में की गई थी। ब्रह्मांडीय किरणेंके. एंडरसन.

1937 में, कॉस्मिक किरणों में 207 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाले कणों की खोज की गई, जिन्हें कहा जाता हैमुओन्स ( -मेसन्स ). औसत जीवन काल-मेसन 2.2*10 के बराबर है-6 एस.

फिर 1947-1950 में वे खुलेचपरासी (अर्थात् -मेसन्स)। तटस्थ का औसत जीवनकाल-मेसन - 0.87·10 -16 सेकंड।

बाद के वर्षों में, नए खोजे गए कणों की संख्या तेजी से बढ़ने लगी। इसे कॉस्मिक किरणों के अनुसंधान, त्वरक प्रौद्योगिकी के विकास और परमाणु प्रतिक्रियाओं के अध्ययन द्वारा सुविधाजनक बनाया गया था।

नए कण बनाने और प्राथमिक कणों के गुणों का अध्ययन करने की प्रक्रिया को पूरा करने के लिए आधुनिक त्वरक आवश्यक हैं। प्रारंभिक कणों को त्वरक में "टकराव के रास्ते पर" और अंदर उच्च ऊर्जा तक त्वरित किया जाता है निश्चित स्थानएक दूसरे से टकराना. यदि कण ऊर्जा अधिक है, तो टकराव की प्रक्रिया के दौरान कई नए कण, आमतौर पर अस्थिर, पैदा होते हैं। टकराव के बिंदु से बिखरते हुए ये कण अधिक स्थिर कणों में विघटित हो जाते हैं, जिन्हें डिटेक्टरों द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। टकराव की ऐसी प्रत्येक क्रिया के लिए (भौतिक विज्ञानी कहते हैं: प्रत्येक घटना के लिए) - और वे प्रति सेकंड हजारों में दर्ज की जाती हैं! -परिणामस्वरूप प्रयोगकर्ता गतिज चर निर्धारित करते हैं: "पकड़े गए" कणों के आवेगों और ऊर्जाओं के मूल्य, साथ ही उनके प्रक्षेप पथ (पाठ्यपुस्तक में चित्र देखें)। एक ही प्रकार की कई घटनाओं को एकत्रित करके और इन गतिक मात्राओं के वितरण का अध्ययन करके, भौतिक विज्ञानी यह पुनर्निर्माण करते हैं कि अंतःक्रिया कैसे हुई और परिणामी कणों को किस प्रकार के कणों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

चरण 3.

प्राथमिक कणों को तीन समूहों में बांटा गया है: फोटॉनों , लेप्टॉन और Hadrons (परिशिष्ट 2)।

दोस्तों, मुझे फोटॉनों के समूह से संबंधित कणों की सूची बनाएं।

अनुमानित छात्र गतिविधि: समूह को फोटॉनों एक कण को ​​संदर्भित करता है - एक फोटॉन

शिक्षक की गतिविधियाँ: अगले समूह में प्रकाश कण होते हैंलेप्टॉन .

: इस समूह में दो प्रकार के न्यूट्रिनो (इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन), इलेक्ट्रॉन और?-मेसन शामिल हैं

शिक्षक की गतिविधियाँ: लेप्टान में ऐसे कई कण भी शामिल हैं जो तालिका में सूचीबद्ध नहीं हैं।

तीसरा बड़ा समूहभारी कणों से बने कहलाते हैं Hadrons. यह समूह दो उपसमूहों में विभाजित है। हल्के कण एक उपसमूह बनाते हैं मेसॉनों .

अनुमानित छात्र गतिविधि: उनमें से सबसे हल्के सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हैं, साथ ही तटस्थ-मेसन भी हैं। पियोन परमाणु क्षेत्र के क्वांटा हैं।

शिक्षक की गतिविधियाँ: दूसरा उपसमूह -बेरिऑनों - इसमें भारी कण शामिल हैं। यह सबसे व्यापक है.

अनुमानित छात्र गतिविधि: सबसे हल्के बेरिऑन न्यूक्लियॉन हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन।

शिक्षक की गतिविधियाँ: उनके बाद तथाकथित हाइपरोन्स आते हैं। 1964 में खोजा गया ओमेगा-माइनस-हाइपरॉन, तालिका को बंद कर देता है।

खोजे गए और नए खोजे गए हैड्रोन की प्रचुरता ने वैज्ञानिकों को यह विश्वास दिलाया कि वे सभी कुछ अन्य मौलिक कणों से निर्मित हुए थे।

1964 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एम. गेल-मैन ने एक परिकल्पना सामने रखी, जिसकी बाद के शोध से पुष्टि हुई, कि सभी भारी मौलिक कण - हैड्रॉन - अधिक मौलिक कणों से निर्मित होते हैं जिन्हें कहा जाता हैक्वार्क.

संरचनात्मक दृष्टिकोण से, प्राथमिक कण जो परमाणु नाभिक (न्यूक्लियॉन) बनाते हैं, और सामान्य तौर पर सभी भारी कण - हैड्रोन (बैरिऑन और मेसॉन) - और भी सरल कणों से बने होते हैं, जिन्हें आमतौर पर मौलिक कहा जाता है। पदार्थ के वास्तविक मूलभूत प्राथमिक तत्वों की यह भूमिका क्वार्क द्वारा निभाई जाती है, जिसका विद्युत आवेश एक प्रोटॉन के इकाई धनात्मक आवेश के +2/3 या -1/3 के बराबर होता है।

सबसे आम और हल्के क्वार्क को ऊपर और नीचे कहा जाता है और क्रमशः यू (अंग्रेजी से ऊपर) और डी (नीचे) नामित किया जाता है। कभी-कभी उन्हें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्वार्क भी कहा जाता है क्योंकि प्रोटॉन में यूयूडी और न्यूट्रॉन - यूडीडी का संयोजन होता है। शीर्ष क्वार्क का आवेश +2/3 है; निचला भाग - ऋणात्मक आवेश -1/3. चूँकि एक प्रोटॉन में दो अप और एक डाउन होते हैं, और एक न्यूट्रॉन में एक अप और दो डाउन क्वार्क होते हैं, आप स्वतंत्र रूप से सत्यापित कर सकते हैं कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का कुल चार्ज सख्ती से 1 और 0 के बराबर है।

क्वार्क के दो अन्य जोड़े अधिक विदेशी कणों का हिस्सा हैं। दूसरे जोड़े के क्वार्क को चार्म्ड - सी (चार्म्ड से) और स्ट्रेंज - एस (अजीब से) कहा जाता है।

तीसरी जोड़ी में ट्रू - टी (सत्य से, या अंग्रेजी परंपरा में शीर्ष पर) और सुंदर - बी (सौंदर्य से, या अंग्रेजी परंपरा में नीचे से) क्वार्क शामिल हैं।

क्वार्क के विभिन्न संयोजनों से युक्त लगभग सभी कण पहले ही प्रयोगात्मक रूप से खोजे जा चुके हैं।

क्वार्क परिकल्पना की स्वीकृति के साथ, प्राथमिक कणों की एक सामंजस्यपूर्ण प्रणाली बनाना संभव हो गया। उच्च-ऊर्जा त्वरक और कॉस्मिक किरणों में की गई मुक्त अवस्था में क्वार्क की कई खोजें असफल रही हैं। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि मुक्त क्वार्कों की अप्राप्यता का एक कारण शायद उनका बहुत बड़ा द्रव्यमान है। यह आधुनिक त्वरक में प्राप्त ऊर्जा पर क्वार्क के जन्म को रोकता है।

हालाँकि, दिसंबर 2006 में, वैज्ञानिक समाचार एजेंसियों और मीडिया में "फ्री टॉप क्वार्क" की खोज के बारे में एक अजीब संदेश प्रसारित किया गया था।

4. समझ की प्रारंभिक जांच.

शिक्षक की गतिविधियाँ: तो दोस्तों, हमने कवर किया है:

कण भौतिकी के विकास के मुख्य चरण

पता चला कि किस कण को ​​प्राथमिक कहा जाता है

कणों की टाइपोलॉजी से परिचित हुए।

अगले पाठ में हम देखेंगे:

प्राथमिक कणों का अधिक विस्तृत वर्गीकरण

प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया के प्रकार

प्रतिकण.

और अब मेरा सुझाव है कि जिस सामग्री का हमने अध्ययन किया है उसके मुख्य बिंदुओं को अपनी स्मृति में पुनर्जीवित करने के लिए आप एक परीक्षा दें (परिशिष्ट 3).

5. पाठ का सारांश।

शिक्षक की गतिविधियाँ: सबसे सक्रिय छात्रों को ग्रेड देना।

6. गृहकार्य

शिक्षक की गतिविधियाँ:

1. § 114 - 115

2. सार.

पाठ संख्या 67.

पाठ विषय: प्राथमिक कणों की समस्याएँ

पाठ मकसद:

शैक्षिक:छात्रों को प्राथमिक कणों के वर्गीकरण के साथ एक प्राथमिक कण की अवधारणा से परिचित कराना, मूलभूत प्रकार की अंतःक्रियाओं के बारे में ज्ञान को सामान्य बनाना और समेकित करना, रूप देना वैज्ञानिक विश्वदृष्टि.

शैक्षिक:भौतिकी में संज्ञानात्मक रुचि पैदा करना, विज्ञान की उपलब्धियों के प्रति प्रेम और सम्मान पैदा करना।

शैक्षिक:जिज्ञासा का विकास, विश्लेषण करने की क्षमता, स्वतंत्र रूप से निष्कर्ष निकालना, भाषण और सोच का विकास।

उपकरण: इंटरैक्टिव व्हाइटबोर्ड(या स्क्रीन वाला प्रोजेक्टर)।

पाठ का प्रकार:नई सामग्री सीखना.

पाठ का प्रकार:व्याख्यान

पाठ की प्रगति:

संगठनात्मक चरण

किसी नये विषय का अध्ययन.

प्रकृति में, 4 प्रकार की मौलिक (बुनियादी) अंतःक्रियाएं होती हैं: गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, मजबूत और कमजोर। आधुनिक विचारों के अनुसार, पिंडों के बीच परस्पर क्रिया इन पिंडों के आसपास के क्षेत्रों के माध्यम से होती है। क्वांटम सिद्धांत में क्षेत्र को क्वांटा के संग्रह के रूप में ही समझा जाता है। प्रत्येक प्रकार की अंतःक्रिया के अपने स्वयं के अंतःक्रिया वाहक होते हैं और यह कणों द्वारा संबंधित प्रकाश क्वांटा के अवशोषण और उत्सर्जन पर निर्भर करता है।

इंटरैक्शन लंबी दूरी (बहुत लंबी दूरी पर प्रकट) और छोटी दूरी (बहुत कम दूरी पर प्रकट) हो सकती है।

गुरुत्वाकर्षण संपर्क गुरुत्वाकर्षण के आदान-प्रदान के माध्यम से होता है। इनका प्रयोगात्मक रूप से पता नहीं लगाया गया है। 1687 में महान अंग्रेजी वैज्ञानिक आइजैक न्यूटन द्वारा खोजे गए कानून के अनुसार, सभी पिंड, आकार और साइज़ की परवाह किए बिना, एक दूसरे को उनके द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती बल से आकर्षित करते हैं। गुरुत्वाकर्षण संपर्क सदैव पिंडों के आकर्षण की ओर ले जाता है।

विद्युत चुम्बकीय संपर्क लंबी दूरी का है। गुरुत्वाकर्षण संपर्क के विपरीत, विद्युत चुम्बकीय संपर्क के परिणामस्वरूप आकर्षण और प्रतिकर्षण दोनों हो सकते हैं। विद्युत चुम्बकीय संपर्क के वाहक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटा हैं - फोटॉन। इन कणों के आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप, आवेशित पिंडों के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क उत्पन्न होता है।

मजबूत अंतःक्रिया सभी अंतःक्रियाओं में सबसे शक्तिशाली है। यह कम दूरी का है, जैसे-जैसे उनके बीच की दूरी बढ़ती है, संबंधित बल बहुत तेज़ी से कम होते जाते हैं। परमाणु बलों की क्रिया की त्रिज्या 10 -13 सेमी है

कमजोर अंतःक्रिया बहुत कम दूरी पर होती है। कार्रवाई की सीमा परमाणु बलों की तुलना में लगभग 1000 गुना कम है।

रेडियोधर्मिता की खोज और रदरफोर्ड के प्रयोगों के परिणामों ने स्पष्ट रूप से दिखाया कि परमाणु कणों से बने होते हैं। ऐसा पाया गया है कि इनमें इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन शामिल हैं। सबसे पहले, जिन कणों से परमाणु बने हैं उन्हें अविभाज्य माना जाता था। इसीलिए इन्हें प्राथमिक कण कहा गया। विश्व की "सरल" संरचना का विचार तब नष्ट हो गया जब 1932 में इलेक्ट्रॉन के प्रतिकण की खोज की गई - एक कण जिसका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के समान था, लेकिन विद्युत आवेश के संकेत में उससे भिन्न था। इस धनावेशित कण को ​​पॉज़िट्रॉन कहा गया... आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रत्येक कण में एक प्रतिकण होता है। कण और प्रतिकण का द्रव्यमान समान होता है, लेकिन विपरीत संकेतसभी आरोप. यदि प्रतिकण स्वयं कण से मेल खाता है, तो ऐसे कण वास्तव में तटस्थ कहलाते हैं, उनका आवेश 0 होता है। उदाहरण के लिए, एक फोटॉन। जब एक कण और प्रतिकण टकराते हैं, तो वे नष्ट हो जाते हैं, यानी गायब हो जाते हैं, दूसरे कणों में बदल जाते हैं (अक्सर ये कण एक फोटॉन होते हैं)।

सभी प्राथमिक कण (जिन्हें घटकों में विभाजित नहीं किया जा सकता) को 2 समूहों में विभाजित किया गया है: मौलिक (संरचना रहित कण, भौतिकी के विकास के इस चरण में सभी मौलिक कणों को संरचनाहीन माना जाता है, अर्थात उनमें अन्य कण नहीं होते हैं) और हैड्रोन ( जटिल संरचना वाले कण)।

मौलिक कण, बदले में, लेप्टान, क्वार्क और अंतःक्रिया के वाहक में विभाजित होते हैं। हैड्रोन को बेरिऑन और मेसॉन में विभाजित किया गया है। लेप्टान में इलेक्ट्रॉन, पॉज़िट्रॉन, म्यूऑन, ताओन और तीन प्रकार के न्यूट्रिनो शामिल हैं।

क्वार्क वे कण हैं जो सभी हैड्रॉन बनाते हैं। मजबूत बातचीत में भाग लें.

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रत्येक अंतःक्रिया कणों के आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है, जिन्हें इस अंतःक्रिया के वाहक कहा जाता है: एक फोटॉन (एक कण जो विद्युत चुम्बकीय संपर्क करता है), आठ ग्लूऑन (कण जो मजबूत अंतःक्रिया करते हैं), तीन मध्यवर्ती वेक्टर बोसॉन डब्ल्यू + , डब्ल्यू− और जेड 0, कमजोर अंतःक्रिया को ले जाने वाला, ग्रेविटॉन (गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रिया का वाहक)। गुरुत्वाकर्षण का अस्तित्व अभी तक प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध नहीं हुआ है।

हैड्रोन सभी प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाओं में भाग लेते हैं। वे क्वार्क से मिलकर बने होते हैं और बदले में विभाजित होते हैं: बैरियन, जिसमें तीन क्वार्क होते हैं, और मेसॉन, जिसमें दो क्वार्क होते हैं, जिनमें से एक एंटीक्वार्क होता है।

सबसे मजबूत अंतःक्रिया क्वार्कों के बीच की अन्योन्यक्रिया है। एक प्रोटॉन में 2 यू क्वार्क, एक डी क्वार्क, एक न्यूट्रॉन में एक यू क्वार्क और 2 डी क्वार्क होते हैं। यह पता चला कि बहुत कम दूरी पर कोई भी क्वार्क अपने पड़ोसियों को नोटिस नहीं करता है, और वे मुक्त कणों की तरह व्यवहार करते हैं जो एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। जब क्वार्क एक दूसरे से दूर जाते हैं तो उनके बीच आकर्षण पैदा होता है, जो दूरी बढ़ने के साथ बढ़ता जाता है। हैड्रोन को अलग-अलग पृथक क्वार्कों में विभाजित करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होगी। चूँकि ऐसी कोई ऊर्जा नहीं है, क्वार्क शाश्वत कैदी बन जाते हैं और हमेशा हैड्रॉन के अंदर बंद रहते हैं। क्वार्क को ग्लूऑन क्षेत्र द्वारा हैड्रॉन के अंदर रखा जाता है।

तृतीय. समेकन

विकल्प 1.

विकल्प 2.

3.. न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक के बाहर कितने समय तक जीवित रहता है? A. 12 मिनट B. 15 मिनट

पाठ सारांश.पाठ के दौरान हम सूक्ष्म जगत के कणों से परिचित हुए और पता लगाया कि किन कणों को प्राथमिक कहा जाता है।

डी/जेड§ 9.3

कण का नाम द्रव्यमान (इलेक्ट्रॉनिक द्रव्यमान में) बिजली का आवेश जीवन काल कण स्थिर न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉन स्थिर न्यूट्रिनो म्यूऑन स्थिर इलेक्ट्रॉन स्थिर पाई मेसंस ≈ 10 –10 –10 –8 एटा-नल-मेसन स्थिर लैम्ब्डा हाइपरॉन सिग्मा हाइपरोन्स शी-हाइपरन्स ओमेगा-माइनस-हाइपरॉन

तृतीय. समेकन

प्रकृति में मौजूद मुख्य अंतःक्रियाओं के नाम बताइए

कण और प्रतिकण में क्या अंतर है? उन दोनों में क्या समान है?

कौन से कण गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, मजबूत और कमजोर इंटरैक्शन में भाग लेते हैं?

विकल्प 1.

1. प्राथमिक कणों के गुणों में से एक है क्षमता……… A. एक दूसरे में बदलने की B. अनायास बदलने की क्षमता

2. वे कण जो असीमित समय तक स्वतंत्र अवस्था में रह सकते हैं, कहलाते हैं... A. अस्थिर B. स्थिर।

3. कौन सा कण स्थिर है? A. प्रोटॉन B. मेसन

4. एक दीर्घजीवी कण. A. न्यूट्रिनो B. न्यूट्रॉन

5. न्यूट्रिनो का निर्माण... A. इलेक्ट्रॉन B. न्यूट्रॉन के क्षय के परिणामस्वरूप होता है

विकल्प 2.

प्राथमिक कणों के अस्तित्व का मुख्य कारक क्या है?

A. उनकी आपसी पैठ B. उनका आपसी परिवर्तन।

2. कौन सा प्राथमिक कण एक मुक्त कण में पृथक नहीं होता है। A. पियोन B. क्वार्क्स

3. न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक के बाहर कितने समय तक जीवित रहता है? A. 12 मिनट B. 15 मिनट

कौन सा कण स्थिर नहीं है? A. फोटॉन B. लेप्टान

क्या प्रकृति में अपरिवर्तनीय कण हैं? A. हाँ B. नहीं

मोल्यानोवा नादेज़्दा मिखाइलोव्ना आईडी 011

विषय: कण भौतिकी की उत्पत्ति। प्राथमिक कणों का वर्गीकरण.

शैक्षिक सामग्री की मुख्य सामग्री:
- प्राथमिक कणों के विकास के ऐतिहासिक चरण।
- प्राथमिक कणों की अवधारणा और उनका वर्गीकरण, पारस्परिक परिवर्तन।
- प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया के प्रकार।
- हमारे जीवन में प्राथमिक कण।

पाठ का प्रकार:सामान्यीकरण और व्यवस्थितकरण।

पाठ प्रारूप:बातचीत के तत्वों के साथ व्याख्यान और स्वतंत्र कार्यपाठ्यपुस्तक और तालिकाओं वाले छात्र (टेबलें छात्रों की टेबल पर होती हैं और पाठ के दौरान स्क्रीन पर प्रदर्शित होती हैं)

पाठ का उद्देश्य:
- पदार्थ की संरचना के बारे में छात्रों की समझ का विस्तार करें, प्राथमिक कणों का वर्गीकरण दें सामान्य गुण, विकास के मुख्य चरणों का परिचय दें।
- प्राथमिक कणों और उनकी अंतःक्रियाओं के बारे में विचारों के आधार पर छात्रों की वैज्ञानिक सोच विकसित करना

पाठ की प्रगति:
1. संगठनात्मक क्षण(1 मि.)
2. नई सामग्री सीखना (30 मिनट)
3. सीखे गए ज्ञान का समेकन (6 मिनट)
4. सारांश (2 मिनट)
5. डी/जेड (1 मिनट)

1. आज के पाठ में हम प्राथमिक, अविभाज्य कणों के बारे में बात करेंगे जो सभी पदार्थ बनाते हैं। आप पहले से ही इलेक्ट्रॉन, फोटॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से कमोबेश परिचित हैं। लेकिन प्राथमिक कण क्या है?

2. प्राथमिक कणों के विकास के ऐतिहासिक चरणों को एक तालिका के रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है।

20वीं सदी की शुरुआत में यह पता चला कि सभी परमाणु न्यूट्रॉन, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों से बने हैं। पॉज़िट्रॉन, न्यूट्रिनो, फोटॉन (गामा क्वांटम) की खोज की गई।
सबसे आम प्राथमिक कणों की बुनियादी विशेषताएं।

प्राथमिक कण, शब्द के सटीक अर्थ में, प्राथमिक, अविभाज्य कण हैं जिनसे सभी पदार्थ बने होते हैं।
वर्तमान में इस शब्द का प्रयोग किसके लिए किया जाता है? बड़ा समूहमाइक्रोपार्टिकल्स जो परमाणु या नाभिक नहीं हैं, प्रोटॉन के अपवाद के साथ, जो एक प्राथमिक कण और हल्के हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक दोनों है।
प्राथमिक कणों की विशेषता निम्नलिखित मापदंडों से होती है: " कण का शेष द्रव्यमान, स्पिन मान, विद्युत आवेश मान, जीवनकाल।"
एक प्राथमिक कण का घूमना प्लैंक स्थिरांक और 2 n के अनुपात के बराबर है

चक्रण आदि वाले कण कहलाते हैं बोसॉन ; अर्ध-पूर्णांक स्पिन के साथ - फरमिओन्स , यानी सभी प्राथमिक कणों को कणों और एंटीपार्टिकल्स में विभाजित किया गया है। उनके पास समान द्रव्यमान, स्पिन, जीवनकाल और समान परिमाण के विद्युत आवेश हैं।

पॉज़िट्रॉन की खोज 1928 में एक क्लाउड चैंबर में की गई थी। यह कण एक इलेक्ट्रॉन है, लेकिन सकारात्मक चार्ज के साथ, पॉज़िट्रॉन को कॉस्मिक किरणों में खोजा गया था। बाद में, पदार्थ के साथ गामा क्वांटा की अंतःक्रिया के दौरान और एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में परिवर्तित करने की प्रतिक्रिया में।

एक प्राथमिक कण की एक प्रतिकण के साथ परस्पर क्रिया की प्रक्रिया, जिसके परिणामस्वरूप वे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अन्य कणों या क्वांटा में बदल जाते हैं, कहलाती है विनाश (गायब हो जाना)। विनाश प्रतिक्रिया:

प्रलय की विपरीत प्रक्रिया कहलाती है जोड़े का जन्म .

सवाल:इस बारे में सोचें कि एंटीड्यूटेरियम की संरचना क्या होगी?
उत्तर:इसमें एक इलेक्ट्रॉन और एक नाभिक (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) होते हैं। एक एंटीड्यूटेरियम परमाणु में एक एंटीन्यूक्लियस (एक एंटीप्रोटॉन और एक एंटीन्यूट्रॉन) और एंटीन्यूक्लियस के चारों ओर घूमने वाला एक पॉज़िट्रॉन शामिल होगा।

प्राथमिक कण चार ज्ञात मूलभूत प्रकार की अंतःक्रिया में भाग लेते हैं: मजबूत, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण। (तालिका 3 देखें)


मूलभूत अंतःक्रियाओं की ऊर्जाएँ लगभग इस प्रकार हैं:

आइए तालिका 4 देखें
सवाल:प्राथमिक कणों के मुख्य वर्गों के नाम बताइये।

उत्तर:फोटॉन, लेप्टान, मेसॉन, बैरियन।

सवाल:प्राथमिक कणों की मुख्य विशेषताओं का नाम बताइए।
उत्तर:द्रव्यमान, आवेश, स्पिन, जीवनकाल।

सवाल:कण और प्रतिकण किस प्रकार भिन्न हैं?
उत्तर:कण और प्रतिकण के विद्युत आवेश के लक्षण विपरीत होते हैं।

फोटॉनों- कण विद्युत चुम्बकीय और गुरुत्वाकर्षण परस्पर क्रिया में भाग लेते हैं।
लेप्टॉन- कण जो मजबूत अंतःक्रिया में भाग नहीं लेते हैं, लेकिन अन्य तीन में सक्षम हैं।
हैड्रोन्स- कण सभी प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाओं में भाग लेते हैं। इस वर्ग में शामिल हैं बैरियन और मेसन. बैरियन्स में अर्ध-पूर्णांक स्पिन होते हैं, और मेसॉन में पूर्णांक स्पिन होते हैं। बेरिऑन से संबंधित होने को बेरिऑन चार्ज निर्दिष्ट करके चिह्नित किया जाता है - एक कण के लिए +1 के बराबर संख्या, और एक एंटीपार्टिकल के लिए -1। हैड्रोन में मेसॉन (पी-मेसन) का केवल एक भाग शामिल होता है। न्यूक्लियंस को बेरियन के रूप में वर्गीकृत किया गया है। बैरियन जिनका द्रव्यमान न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है, कहलाते हैं हाइपरोन्स.
लेप्टान से संबंधित प्रत्येक कण को ​​लेप्टोनिक चार्ज निर्दिष्ट करके चिह्नित किया जाता है: कणों के लिए +1, एंटीपार्टिकल्स के लिए -1।
यह स्थापित किया गया है कि हैड्रॉन से मिलकर बनता है क्वार्क- आंशिक प्राथमिक विद्युत आवेश वाले छह कण। क्वार्क स्वतंत्र अवस्था में नहीं देखे गए हैं; वे केवल न्यूक्लियॉन के बिल्कुल केंद्र में स्वतंत्र कणों के रूप में पाए जाते हैं।
सूक्ष्म जगत में गहराई से प्रवेश करने के लिए, तेजी से उच्च ऊर्जा के कणों का उपयोग करना आवश्यक है।
यह पता चला है कि तापमान पर मौजूद विशाल ऊर्जा के साथ, कमजोर और विद्युत चुम्बकीय संपर्क इलेक्ट्रोकमजोर संपर्क में जुड़ जाते हैं। जब सभी चार अंतःक्रियाएं संयुक्त हो जाती हैं, तो भौतिक पदार्थ के कणों (फर्मियन्स) को ऐसे कणों में बदलना संभव हो जाता है जो अंतःक्रिया के वाहक (बोसॉन) होते हैं।
प्राथमिक कणों के बारे में जानकारी इतनी आवश्यक क्यों है?
कण भौतिकी के लिए सबसे महत्वपूर्ण बात द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध के बारे में निष्कर्ष है। किसी पिंड या विषयों की प्रणाली की ऊर्जा द्रव्यमान के वेग के वर्ग से गुणा के बराबर होती है।
के बारे में सोचने के लिए कुछ!
न्यूट्रिनो एक कण है जो ब्रह्मांड के जन्म के समय प्रकट हुआ था और बहुत सारी जानकारी रखता है, इसलिए न्यूट्रिनो दूरबीन कणों को "पकड़ते" हैं और वैज्ञानिक उनका अध्ययन करते हैं। एक पॉज़िट्रॉन टोमोग्राफ़ उपकरण है। एक रेडियोधर्मी तत्व को जीवित जीव के रक्त में डाला जाता है, जो पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करता है, जो शरीर के इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करता है, नष्ट कर देता है और गामा किरणों का उत्सर्जन करता है, जिसे एक डिटेक्टर द्वारा पता लगाया जाता है।
छोटी खुराक में, गामा किरणों का जीवित जीवों पर एक निश्चित लाभ होता है। आवेदन का क्षेत्र: चिकित्सा, विज्ञान, प्रौद्योगिकी।

3. का उपयोग करते हुए सहायक नोट्स, पाठ्यपुस्तक, तालिकाएँ, प्रश्नों के उत्तर दें।

4. सभी प्राथमिक कण एक दूसरे में परिवर्तित हो जाते हैं, अर्थात। ये पारस्परिक परिवर्तन ही उनके अस्तित्व का मुख्य कारक हैं। प्राथमिक कणों के गुणों में, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: अस्थिरता, अंतरपरिवर्तनीयता और अंतःक्रिया, प्रत्येक कण में एक एंटीपार्टिकल की उपस्थिति, जटिल संरचना, वर्गीकरण।

संसार मूलभूत कणों से बना है। कोई भौतिक शरीरद्रव्यमान है. द्रव्यमान क्या है? एलएचसी एक कण त्वरक है जो भौतिकविदों को पहले से कहीं अधिक गहराई तक पदार्थ में प्रवेश करने की अनुमति देता है।
एलएचसी का निर्माण भविष्य के उन्नत अनुसंधान की शुरुआत का प्रतीक है। शोधकर्ता नये की आशा करते हैं भौतिक घटनाएं, जैसे कि मायावी हिग्स कण, या जो बनते हैं गहरे द्रव्य, ब्रह्मांड में अधिकांश पदार्थ का निर्माण करता है। आगामी प्रयोगों के परिणामों की सटीक भविष्यवाणी करना असंभव है, लेकिन उनका निश्चित रूप से न केवल कण भौतिकी पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ेगा! लेकिन एलएचसी के निर्माण से भौतिकी के इतिहास में एक पृष्ठ समाप्त नहीं होता है, बल्कि यह भविष्य के आशाजनक अनुसंधान की शुरुआत का प्रतीक है।

5. होमवर्क (बोर्ड पर)
अनुच्छेद 115, 116; संदर्भ सारांश
एक प्रगति रिपोर्ट तैयार करें अनुसंधान कार्य BAK पर.

प्रयुक्त साहित्य:
भौतिकी 11 जी.वाई.ए. मयाकिशेव, बी.बी. बुखोवत्सेव। बस्टर्ड।
भौतिकी पाठ्यक्रम. खंड 3 के.ए. पुतिलोव, वी.ए.
परमाणु और परमाणु भौतिकी. ठीक है। कॉस्टको।
भौतिकी में पाठ विकास. 11वीं कक्षा. वी.ए.वोल्कोव।
उरोकी. जाल

लक्ष्य: छात्रों को प्राथमिक कणों, उनके मूल गुणों और वर्गीकरण के बारे में बताना

पाठ प्रगति

नई सामग्री (व्याख्यान में दी गई)

परमाणु की संरचना और परमाणु नाभिक के अध्ययन से पता चला है कि परमाणु की संरचना में इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन शामिल हैं। इन कणों को प्राथमिक कहने की प्रथा थी। फोटॉन (), पॉज़िट्रॉन (ई +) और न्यूट्रिनो (वी), जो सीधे परमाणु और नाभिक से संबंधित हैं, को प्राथमिक कण भी कहा जाने लगा।

मूल योजना के अनुसार प्राथमिक कण हैं सबसे सरल कण, जिससे मौजूदा दुनिया का पदार्थ (परमाणु) निर्मित होता है।

प्राथमिक कणों की शुरुआत में कुछ शाश्वत, अपरिवर्तनीय, अविनाशी के रूप में कल्पना की गई थी, और एक प्राथमिक कण की छवि रेत के दाने या संरचनाहीन छोटी गेंद की छवि से जुड़ी थी।

आजकल प्राथमिकता के लिए कोई स्पष्ट मानदंड नहीं है। आजकल "प्राथमिक कण" की अवधारणा बहुत जटिल है।

आइए हम ज्ञात प्राथमिक कणों को उनकी ऐतिहासिक खोज के क्रम में संक्षेप में सूचीबद्ध करें।

पद्धति संबंधी नोट्स: छात्रों को आगे स्पष्टीकरण के समय निम्नलिखित तालिका भरने के लिए कहा जाता है (परिशिष्ट 1)

यह किस प्रकार का है?	कण का नाम	पद का नाम	उद्घाटन वर्ष	चार्ज q	कण द्रव्यमान

इलेक्ट्रॉन की खोज जे.जे. थॉमसन ने 1897 में की थी। अन्य प्राथमिक कणों का द्रव्यमान आमतौर पर इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के माध्यम से व्यक्त किया जाता है।

1900 में एम. प्लैंक और विशेषकर, 19005 में। ए आइंस्टीन ने दिखाया कि प्रकाश में अलग-अलग हिस्से होते हैं - फोटॉन। एक फोटॉन पर कोई आवेश नहीं होता है, और इसका शेष द्रव्यमान = 0 होता है। एक फोटॉन केवल प्रकाश की गति से चलने की प्रक्रिया में ही मौजूद रह सकता है।

1911 में कण प्रकीर्णन पर रदरफोर्ड के प्रयोग। प्रोटॉन की खोज का नेतृत्व किया। प्रोटोन द्रव्यमान=1836m ई

अधिकांश भौतिकविदों को विश्वास था कि वे अंततः प्रकृति के रासायनिक तत्वों और पदार्थों की सभी विविधता को दो सरल संस्थाओं: इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन में कम करने में कामयाब रहे हैं। उन वर्षों के भौतिकविदों द्वारा पदार्थ की संरचना पर खींची गई तस्वीर ने वैज्ञानिक सौंदर्य और अनुग्रह की भावना पैदा की। 1911 की अवधि में 1932 तक कई वैज्ञानिक इस संतुष्टि की भावना से भरे हुए थे कि वे वैज्ञानिक अनुसंधान के सदियों पुराने सपने को पूरा करने में सक्षम थे।

हालाँकि, 1928 में पी. डिराक, और उसके बाद 1932 में के. एंडरसन ने ऐसे कणों की खोज की, जिन्हें कहा जाता है पॉज़िट्रॉन(ई+)

पॉज़िट्रॉन सैद्धांतिक रूप से अनुमानित पहला प्राथमिक कण है।

1932 में डी. चैडविग ने एक न्यूट्रॉन की खोज की जिसका द्रव्यमान = 1838 मी

मुक्त अवस्था में एक न्यूट्रॉन, एक प्रोटॉन के विपरीत, अस्थिर होता है और आधे जीवन T = 1.01 10 3 s के साथ एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में विघटित हो जाता है। नाभिक के अंदर, एक न्यूट्रॉन अनिश्चित काल तक मौजूद रह सकता है।

1931-1933 में। डब्ल्यू पाउली ने -क्षय का विश्लेषण करते हुए सुझाव दिया कि क्षय के दौरान, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के अलावा, शेष द्रव्यमान = 0 के साथ एक और तटस्थ कण उत्सर्जित होता है। इस कण को ​​कहा गया न्यूट्रिनो()

केवल 1956 में के. कोवान और उनके सहयोगियों ने उत्पादित एक एंटीन्यूट्रिनो () की खोज की परमाणु भट्टी. प्रतिक्रिया का अध्ययन करते समय इसे "पकड़ा गया": पी+ वी n+e +, न्यूट्रिनो प्रतिक्रिया n+p+e - का कारण बनता है।

1937 में के. एंडरसन और एस. नेडरमैन ने 206.7m e द्रव्यमान वाले आवेशित कणों की खोज की, इन कणों को -मेसन (+ और -) कहा गया, जिनका आवेश +e और -e था। वर्तमान में, इन कणों को -कण या -म्यूऑन कहा जाता है।

1947 में अंग्रेजी वैज्ञानिक एस. पॉवेल, जी. ओचियालिनी और अन्य ने -मेसॉन की खोज की (-मेसॉन प्राथमिक मेसॉन है, जो क्षय होने पर म्यूऑन देता है)

मेसन में +e और -e का आवेश होता है, और द्रव्यमान 273.2 m e होता है। 1950 के कुछ समय बाद, 264.2 m e के द्रव्यमान के साथ एक तटस्थ -मेसन (o) की खोज की गई। वर्तमान में, तीन प्रकार के -मेसन हैं ज्ञात हैं: -, ओ, +, वे न्यूक्लियॉन के साथ गहनता से बातचीत करते हैं और आसानी से तब बनते हैं जब न्यूक्लियॉन नाभिक से टकराते हैं, यानी। परमाणु सक्रिय हैं. वर्तमान में यह माना जाता है कि -मेसन परमाणु क्षेत्र क्वांटा हैं जो अधिकांश परमाणु बलों के लिए जिम्मेदार हैं।

1949-1950 तक प्राथमिक कणों का शाब्दिक "आक्रमण" शुरू हुआ, उनकी संख्या तेजी से बढ़ रही थी।

नये प्रकट कणों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

पहले समूह में लगभग 966 m e और 974 m e द्रव्यमान वाले कण शामिल हैं, जिन्हें वर्तमान में K-मेसन कहा जाता है। K + और K - मेसॉन लगभग 966.3 m e के द्रव्यमान और विद्युत आवेश +e और -e के साथ जाने जाते हैं। 974.5 m e द्रव्यमान वाले तटस्थ K-मेसन (K o और K o) ज्ञात हैं।

कणों के दूसरे समूह को हाइपरॉन्स कहा जाता है। निम्नलिखित हाइपरॉन वर्तमान में ज्ञात हैं:

1955 में एंटीप्रोटॉन की खोज की गई और 1956 में एंटीन्यूट्रॉन की खोज की गई।

के लिए हाल के वर्ष 10 -22 - 10 -23 सेकंड के क्रम पर असामान्य रूप से कम जीवनकाल वाले नए क्वासिपार्टिकल्स (अनुनाद अवस्थाएं) की खोज की गई, इस मामले में, कणों के निशान का पता लगाना भी संभव नहीं है और उनके अस्तित्व का अनुमान केवल अप्रत्यक्ष रूप से लगाया जा सकता है उनके उत्पादों के क्षय के व्यवहार के विश्लेषण से विचार।

हाल के वर्षों में, एक दूसरे प्रकार के न्यूट्रिनो की खोज की गई है, तथाकथित म्यूऑन न्यूट्रिनो (एंटीन्यूट्रिनो) और, जो उत्सर्जित होता है, उदाहरण के लिए, -मेसन के क्षय के दौरान;

तृतीय समूह- भारी कण, या बेरियन

इस समूह में शामिल हैं:

• न्यूक्लियॉन और उनके प्रतिकण
• हाइपरॉन और उनके प्रतिकण

टोकामक स्थापना के उदाहरण का उपयोग करके थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का अनुप्रयोग

छात्रों से प्रश्नों के उत्तर देने को कहा जाता है:

• कौन परमाणु प्रतिक्रियाथर्मोन्यूक्लियर कहा जाता है (मौखिक रूप से)
• थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया कैसे की जा सकती है?
• टोकामक स्थापना के संचालन के सिद्धांत को स्पष्ट करें (लिखित रूप में, अतिरिक्त साहित्य का उपयोग करके)
• थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए लेजर इंस्टॉलेशन के संचालन के सिद्धांत को समझाएं" (लिखित रूप में, अतिरिक्त साहित्य का उपयोग करके)

भौतिकविदों ने परमाणु प्रक्रियाओं का अध्ययन करते समय प्राथमिक कणों के अस्तित्व की खोज की, इसलिए 20 वीं शताब्दी के मध्य तक, प्राथमिक कण भौतिकी परमाणु भौतिकी की एक शाखा थी। वर्तमान में, प्राथमिक कण भौतिकी और परमाणु भौतिकी भौतिकी की करीबी लेकिन स्वतंत्र शाखाएं हैं, जो कई समस्याओं पर विचार करने और उपयोग की जाने वाली अनुसंधान विधियों की समानता से एकजुट हैं। प्राथमिक कण भौतिकी का मुख्य कार्य प्राथमिक कणों की प्रकृति, गुणों और पारस्परिक परिवर्तनों का अध्ययन करना है।
यह विचार कि दुनिया मूलभूत कणों से बनी है, का एक लंबा इतिहास है। पहली बार, सबसे छोटे अदृश्य कणों के अस्तित्व का विचार जो आसपास की सभी वस्तुओं को बनाते हैं, 400 साल ईसा पूर्व ग्रीक दार्शनिक डेमोक्रिटस द्वारा व्यक्त किया गया था। उन्होंने इन कणों को परमाणु अर्थात् अविभाज्य कण कहा। विज्ञान ने परमाणुओं की अवधारणा का उपयोग 19वीं शताब्दी की शुरुआत में ही करना शुरू कर दिया था, जब इस आधार पर कई रासायनिक घटनाओं की व्याख्या करना संभव हो गया था। 19वीं सदी के 30 के दशक में, एम. फैराडे द्वारा विकसित इलेक्ट्रोलिसिस के सिद्धांत में, एक आयन की अवधारणा सामने आई और प्राथमिक आवेश को मापा गया। 19वीं सदी का अंत रेडियोधर्मिता की घटना (ए. बेकरेल, 1896) की खोज के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनों (जे. थॉमसन, 1897) और अल्फा कणों (ई. रदरफोर्ड, 1899) की खोजों द्वारा चिह्नित किया गया था। 1905 में, भौतिकी में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र क्वांटा - फोटॉन (ए. आइंस्टीन) का विचार उत्पन्न हुआ।
1911 में, परमाणु नाभिक की खोज की गई (ई. रदरफोर्ड) और अंततः यह सिद्ध हो गया कि परमाणुओं की एक जटिल संरचना होती है। 1919 में, रदरफोर्ड ने कई तत्वों के परमाणु नाभिक के विखंडन उत्पादों में प्रोटॉन की खोज की। 1932 में जे. चैडविक ने न्यूट्रॉन की खोज की। यह स्पष्ट हो गया कि परमाणुओं के नाभिकों की, स्वयं परमाणुओं की तरह, एक जटिल संरचना होती है। नाभिक की संरचना का प्रोटॉन-न्यूट्रॉन सिद्धांत उत्पन्न हुआ (डी. डी. इवानेंको और वी. हाइजेनबर्ग)। उसी 1932 में, कॉस्मिक किरणों (के. एंडरसन) में एक पॉज़िट्रॉन की खोज की गई थी। पॉज़िट्रॉन एक धनावेशित कण है जिसका द्रव्यमान और आवेश इलेक्ट्रॉन के समान ही होता है। पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी पी. डिराक ने 1928 में की थी। इन वर्षों के दौरान, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के पारस्परिक परिवर्तनों की खोज और अध्ययन किया गया, और यह स्पष्ट हो गया कि ये कण भी प्रकृति के अपरिवर्तनीय प्राथमिक "निर्माण खंड" नहीं हैं। 1937 में, कॉस्मिक किरणों में 207 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाले कणों की खोज की गई, जिन्हें म्यूऑन (μ-मेसन) कहा जाता है। फिर, 1947-1950 में, पियोन (यानी, π मेसॉन) की खोज की गई, जो आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच परस्पर क्रिया करते हैं। बाद के वर्षों में, नए खोजे गए कणों की संख्या तेजी से बढ़ने लगी। इसे कॉस्मिक किरणों के अनुसंधान, त्वरक प्रौद्योगिकी के विकास और परमाणु प्रतिक्रियाओं के अध्ययन द्वारा सुविधाजनक बनाया गया था।
वर्तमान में, लगभग 400 उप-परमाणु कण ज्ञात हैं, जिन्हें आमतौर पर प्राथमिक कहा जाता है। इनमें से अधिकांश कण अस्थिर हैं। एकमात्र अपवाद फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रिनो हैं। अन्य सभी कण निश्चित अंतराल पर अन्य कणों में स्वतःस्फूर्त परिवर्तन से गुजरते हैं। अस्थिर प्राथमिक कण अपने जीवनकाल में बहुत भिन्न होते हैं। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला कण न्यूट्रॉन है। न्यूट्रॉन का जीवनकाल लगभग 15 मिनट है। अन्य कण बहुत कम समय तक "जीवित" रहते हैं। उदाहरण के लिए, एक μ मेसन का औसत जीवनकाल 2.2·10-6 सेकेंड है, और एक तटस्थ π मेसन का औसत जीवनकाल 0.87·10-16 सेकेंड है। कई विशाल कणों - हाइपरॉन - का औसत जीवनकाल 10-10 सेकंड के क्रम का होता है।
ऐसे कई दर्जन कण हैं जिनका जीवनकाल 10-17 सेकंड से अधिक है। सूक्ष्म जगत के पैमाने पर यह एक महत्वपूर्ण समय है। ऐसे कणों को अपेक्षाकृत स्थिर कहा जाता है। अधिकांश अल्पकालिक प्राथमिक कणों का जीवनकाल 10-22-10-23 सेकेंड के क्रम का होता है।
पारस्परिक परिवर्तनों से गुजरने की क्षमता सभी प्राथमिक कणों का सबसे महत्वपूर्ण गुण है। प्राथमिक कण पैदा होने और नष्ट (उत्सर्जित और अवशोषित) होने में सक्षम हैं। यह स्थिर कणों पर भी लागू होता है, एकमात्र अंतर यह है कि स्थिर कणों का परिवर्तन अनायास नहीं होता है, बल्कि अन्य कणों के साथ बातचीत के माध्यम से होता है। एक उदाहरण एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का विनाश (यानी, गायब होना) है, जिसके साथ उच्च-ऊर्जा फोटॉन का जन्म होता है। विपरीत प्रक्रिया भी हो सकती है - एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी का जन्म, उदाहरण के लिए, जब पर्याप्त उच्च ऊर्जा वाला एक फोटॉन एक नाभिक से टकराता है। ऐसा खतरनाक दोहराएक इलेक्ट्रॉन के लिए जो पॉज़िट्रॉन है, वही एक प्रोटॉन के लिए भी है। इसे एंटीप्रोटोन कहा जाता है। एंटीप्रोटॉन का विद्युत आवेश ऋणात्मक होता है। वर्तमान में सभी कणों में प्रतिकण पाये गये हैं। प्रतिकण कणों के विरोधी होते हैं क्योंकि जब कोई कण अपने प्रतिकण से मिलता है, तो उनका विनाश हो जाता है, यानी दोनों कण गायब हो जाते हैं, विकिरण क्वांटा या अन्य कणों में बदल जाते हैं।
प्रतिकण न्यूट्रॉन में भी पाया गया है। न्यूट्रॉन और एंटीन्यूट्रॉन केवल चुंबकीय क्षण और तथाकथित बैरियन चार्ज के संकेतों में भिन्न होते हैं। एंटीमैटर परमाणुओं का अस्तित्व संभव है, जिनके नाभिक में एंटीन्यूक्लियॉन और पॉज़िट्रॉन का खोल होता है। जब एंटीमैटर पदार्थ के साथ नष्ट हो जाता है, तो शेष ऊर्जा विकिरण क्वांटा की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यह बहुत बड़ी ऊर्जा है, जो परमाणु और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के दौरान निकलने वाली ऊर्जा से काफी अधिक है।
आज तक ज्ञात प्राथमिक कणों की विविधता में, कमोबेश सामंजस्यपूर्ण वर्गीकरण प्रणाली पाई जाती है। तालिका में 9.9.1 10-20 सेकंड से अधिक के जीवनकाल वाले प्राथमिक कणों के गुणों के बारे में कुछ जानकारी प्रदान करता है। एक प्राथमिक कण की विशेषता बताने वाले कई गुणों में से, तालिका केवल कण के द्रव्यमान (इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान में), विद्युत आवेश (प्राथमिक आवेश की इकाइयों में) और कोणीय गति (तथाकथित स्पिन) को प्लैंक स्थिरांक ħ = h की इकाइयों में दिखाती है। / 2π. तालिका औसत कण जीवनकाल को भी दर्शाती है।
समूह
कण का नाम
प्रतीक
द्रव्यमान (इलेक्ट्रॉनिक द्रव्यमान में)
बिजली का आवेश
घुमाना
जीवन काल
कण
कण
फोटॉनों
फोटोन
γ

स्थिर
लेप्टॉन
न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉन
वे

1 / 2
स्थिर
न्यूट्रिनो म्यूऑन
νμ

1 / 2
स्थिर
इलेक्ट्रॉन
ई–
ई+

–1 1
1 / 2
स्थिर
म्यू मेसन
μ–
μ+
206,8
–1 1
1 / 2
2,2∙10–6
हैड्रोन्स
मेसॉनों
पाई मेसंस
π0
264,1

0,87∙10–16
π+
π–
273,1
1 –1

2,6∙10–8
के-मेसन्स
के+
के -
966,4
1 –1

1,24∙10–8
के 0

≈ 10–10–10–8
एटा-नल-मेसन
η0

≈ 10–18
बेरियान कणिकाओं
प्रोटोन
पी

1836,1
1 –1
1 / 2
स्थिर
न्यूट्रॉन
एन

लैम्ब्डा हाइपरॉन
Λ0

1 / 2
2,63∙10–10
सिग्मा हाइपरोन्स
Σ +

2327,6
1 –1
1 / 2
0,8∙10–10
Σ 0

1 / 2
7,4∙10–20
Σ –

2343,1
–1 1
1 / 2
1,48∙10–10
शी-हाइपरन्स
Ξ 0

1 / 2
2,9∙10–10
Ξ –

2585,6
–1 1
1 / 2
1,64∙10–10
ओमेगा-माइनस-हाइपरॉन
Ω–

–1 1
1 / 2
0,82∙10–11

तालिका 9.9.1.
प्राथमिक कणों को तीन समूहों में जोड़ा जाता है: फोटॉन, लेप्टान और हैड्रोन।
फोटॉन के समूह में एक कण शामिल है - एक फोटॉन, जो विद्युत चुम्बकीय संपर्क का वाहक है।
अगले समूह में हल्के लेप्टोनिक कण होते हैं। इस समूह में दो प्रकार के न्यूट्रिनो (इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन), इलेक्ट्रॉन और μ-मेसन शामिल हैं। लेप्टान में ऐसे कई कण भी शामिल हैं जो तालिका में सूचीबद्ध नहीं हैं। सभी लेप्टान में स्पिन होती है
तीसरे बड़े समूह में भारी कण होते हैं जिन्हें हैड्रोन कहा जाता है। यह समूह दो उपसमूहों में विभाजित है। हल्के कण मेसॉन का एक उपसमूह बनाते हैं। उनमें से सबसे हल्के सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, साथ ही तटस्थ π-मेसन 250 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के क्रम के द्रव्यमान के साथ होते हैं (तालिका 9.9.1)। पियोन परमाणु क्षेत्र के क्वांटा हैं, जैसे फोटॉन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटा हैं। इस उपसमूह में चार K मेसॉन और एक η0 मेसॉन भी शामिल हैं। सभी मेसॉन का स्पिन शून्य के बराबर होता है।
दूसरे उपसमूह - बेरियन - में भारी कण शामिल हैं। यह सबसे व्यापक है. सबसे हल्के बेरिऑन न्यूक्लियॉन हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। उनके बाद तथाकथित हाइपरन्स आते हैं। 1964 में खोजा गया ओमेगा-माइनस हाइपरॉन, 3273 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाला एक भारी कण है। सभी बैरियनों में स्पिन होती है
खोजे गए और नए खोजे गए हैड्रोन की प्रचुरता ने वैज्ञानिकों को यह विश्वास दिलाया कि वे सभी कुछ अन्य मौलिक कणों से निर्मित हुए थे। 1964 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एम. गेल-मैन ने एक परिकल्पना सामने रखी, जिसकी बाद के शोध से पुष्टि हुई, कि सभी भारी मौलिक कण - हैड्रॉन - क्वार्क नामक अधिक मौलिक कणों से निर्मित होते हैं। क्वार्क परिकल्पना के आधार पर, न केवल पहले से ज्ञात हैड्रॉन की संरचना को समझा गया, बल्कि नए हैड्रॉन के अस्तित्व की भी भविष्यवाणी की गई। गेल-मैन के सिद्धांत ने विभिन्न संयोजनों में एक दूसरे से जुड़ते हुए तीन क्वार्क और तीन एंटीक्वार्क के अस्तित्व को माना। इस प्रकार, प्रत्येक बेरिऑन में तीन क्वार्क होते हैं, और प्रत्येक एंटीबेरियोन में तीन एंटीक्वार्क होते हैं। मेसॉन में क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े होते हैं।
क्वार्क परिकल्पना की स्वीकृति के साथ, प्राथमिक कणों की एक सामंजस्यपूर्ण प्रणाली बनाना संभव हो गया। हालाँकि, इन काल्पनिक कणों के अनुमानित गुण काफी अप्रत्याशित निकले। क्वार्क के विद्युत आवेश को प्राथमिक आवेश के बराबर भिन्नात्मक संख्याओं में व्यक्त किया जाना चाहिए।
उच्च-ऊर्जा त्वरक और कॉस्मिक किरणों में की गई मुक्त अवस्था में क्वार्क की कई खोजें असफल रही हैं। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि मुक्त क्वार्कों की अप्राप्यता का एक कारण शायद उनका बहुत बड़ा द्रव्यमान है। यह आधुनिक त्वरक में प्राप्त ऊर्जा पर क्वार्क के जन्म को रोकता है। हालाँकि, अधिकांश विशेषज्ञ अब आश्वस्त हैं कि क्वार्क भारी कणों - हैड्रॉन के अंदर मौजूद हैं।
मौलिक अंतःक्रियाएँ। वे प्रक्रियाएँ जिनमें विभिन्न प्राथमिक कण भाग लेते हैं, उनके विशिष्ट समय और ऊर्जा में बहुत भिन्नता होती है। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रकृति में चार प्रकार की अंतःक्रियाएँ होती हैं जिन्हें दूसरों तक सीमित नहीं किया जा सकता सरल प्रकारअंतःक्रियाएँ: मजबूत, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण। इस प्रकार की अंतःक्रियाओं को मौलिक कहा जाता है।
मजबूत (या परमाणु) अंतःक्रिया सभी प्रकार की अंतःक्रियाओं में सबसे तीव्र है। वे परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच एक अत्यंत मजबूत बंधन प्रदान करते हैं। केवल भारी कण - हैड्रोन (मेसॉन और बेरिऑन) - मजबूत अंतःक्रिया में भाग ले सकते हैं। मजबूत अंतःक्रिया 10-15 मीटर से कम दूरी पर ही प्रकट होती है, इसलिए इसे लघु-सीमा कहा जाता है।
विद्युत चुम्बकीय संपर्क. कोई भी विद्युत आवेशित कण, साथ ही फोटॉन - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा, इस प्रकार की बातचीत में भाग ले सकते हैं। विशेष रूप से, परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व के लिए विद्युतचुंबकीय संपर्क जिम्मेदार है। यह ठोस, तरल और पदार्थों के कई गुणों को निर्धारित करता है गैसीय अवस्थाएँ. प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण से बड़ी द्रव्यमान संख्या वाले नाभिकों में अस्थिरता आ जाती है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं द्वारा फोटॉन के अवशोषण और उत्सर्जन की प्रक्रियाओं और सूक्ष्म और मैक्रोवर्ल्ड के भौतिकी में कई अन्य प्रक्रियाओं को निर्धारित करता है।
सूक्ष्म जगत में होने वाली सभी अंतःक्रियाओं में से कमजोर अंतःक्रिया सबसे धीमी है। फोटॉन को छोड़कर कोई भी प्राथमिक कण इसमें भाग ले सकता है। कमजोर अंतःक्रिया न्यूट्रिनो या एंटीन्यूट्रिनो से जुड़ी प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार है, उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन बीटा क्षय

साथ ही लंबे जीवनकाल (τ ≥ 10–10 s) के साथ न्यूट्रिनो-मुक्त कण क्षय प्रक्रियाएं होती हैं।
बिना किसी अपवाद के सभी कणों में गुरुत्वाकर्षण संपर्क अंतर्निहित है, हालांकि, प्राथमिक कणों के छोटे द्रव्यमान के कारण, उनके बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क बल नगण्य हैं और माइक्रोवर्ल्ड की प्रक्रियाओं में उनकी भूमिका नगण्य है। गुरुत्वाकर्षण बलअंतरिक्ष पिंडों (सितारों, ग्रहों, आदि) की उनके विशाल द्रव्यमान के साथ परस्पर क्रिया में निर्णायक भूमिका निभाते हैं।
20वीं सदी के 30 के दशक में, एक परिकल्पना सामने आई कि प्राथमिक कणों की दुनिया में, किसी क्षेत्र के क्वांटा के आदान-प्रदान के माध्यम से बातचीत की जाती है। यह परिकल्पना मूल रूप से हमारे हमवतन आई. ई. टैम और डी. डी. इवानेंको द्वारा सामने रखी गई थी। उन्होंने सुझाव दिया कि सहसंयोजक के समान, कणों के आदान-प्रदान से मौलिक अंतःक्रियाएँ उत्पन्न होती हैं रासायनिक बंधपरमाणु वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान से उत्पन्न होते हैं, जो अधूरे इलेक्ट्रॉन कोशों पर संयोजित होते हैं।
कणों के आदान-प्रदान द्वारा की जाने वाली अंतःक्रिया को भौतिकी में विनिमय अंतःक्रिया कहा जाता है। उदाहरण के लिए, आवेशित कणों के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क फोटॉनों के आदान-प्रदान के कारण उत्पन्न होता है - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा।
विनिमय अंतःक्रिया के सिद्धांत को तब मान्यता मिली जब जापानी भौतिक विज्ञानी एच. युकावा ने 1935 में सैद्धांतिक रूप से दिखाया कि परमाणुओं के नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच मजबूत अंतःक्रिया को समझाया जा सकता है यदि हम मानते हैं कि न्यूक्लियंस मेसॉन नामक काल्पनिक कणों का आदान-प्रदान करते हैं। युकावा ने इन कणों के द्रव्यमान की गणना की, जो लगभग 300 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के बराबर निकला। ऐसे द्रव्यमान वाले कण वास्तव में बाद में खोजे गए। इन कणों को π-मेसान्स (पियोन्स) कहा जाता है। वर्तमान में, तीन प्रकार के पियोन ज्ञात हैं: π+, π- और π0 (तालिका 9.9.1 देखें)।
1957 में, भारी कणों, तथाकथित वेक्टर बोसॉन W+, W– और Z0 के अस्तित्व की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई थी, जिससे कमजोर अंतःक्रिया का विनिमय तंत्र उत्पन्न हुआ। इन कणों की खोज 1983 में उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन और एंटीप्रोटॉन की टकराती किरणों का उपयोग करके त्वरक प्रयोगों में की गई थी। वेक्टर बोसॉन की खोज कण भौतिकी में एक बहुत महत्वपूर्ण उपलब्धि थी। इस खोज ने उस सिद्धांत की सफलता को चिह्नित किया, जिसने विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बलों को एक तथाकथित विद्युत कमजोर बल में संयोजित किया। यह नया सिद्धांतविद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और कमजोर अंतःक्रिया क्षेत्र को एक क्षेत्र के विभिन्न घटकों के रूप में मानता है, जिसमें वेक्टर बोसॉन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र क्वांटम के साथ भाग लेते हैं।
आधुनिक भौतिकी में इस खोज के बाद, यह विश्वास काफी बढ़ गया है कि सभी प्रकार की अंतःक्रियाएं एक-दूसरे से निकटता से जुड़ी हुई हैं और संक्षेप में, किसी एक ही क्षेत्र की विभिन्न अभिव्यक्तियाँ हैं। हालाँकि, सभी अंतःक्रियाओं का एकीकरण केवल एक आकर्षक वैज्ञानिक परिकल्पना बनी हुई है।
सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी एकीकृत आधार पर न केवल विद्युत चुम्बकीय और कमजोर, बल्कि मजबूत अंतःक्रिया पर भी विचार करने के प्रयासों में महत्वपूर्ण प्रयास करते हैं। इस सिद्धांत को महान एकीकरण कहा गया। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि गुरुत्वाकर्षण संपर्क का अपना वाहक भी होना चाहिए - एक काल्पनिक कण जिसे ग्रेविटॉन कहा जाता है। हालाँकि, इस कण की अभी तक खोज नहीं हो पाई है।
अब यह सिद्ध माना जाता है कि एक एकल क्षेत्र जो सभी प्रकार की अंतःक्रियाओं को एकजुट करता है, केवल अत्यधिक उच्च कण ऊर्जा पर मौजूद हो सकता है, जो आधुनिक त्वरक के साथ अप्राप्य है। कणों में इतनी उच्च ऊर्जा केवल ब्रह्मांड के अस्तित्व के शुरुआती चरणों में ही हो सकती थी, जो तथाकथित के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुई थी महा विस्फोट(महा विस्फोट)। ब्रह्मांड के विकास का अध्ययन करने वाले कॉस्मोलॉजी से पता चलता है कि बिग बैंग 18 अरब साल पहले हुआ था। ब्रह्मांड के विकास के मानक मॉडल में, यह माना जाता है कि विस्फोट के बाद पहली अवधि में तापमान 1032 K तक पहुंच सकता है, और कण ऊर्जा E = kT 1019 GeV तक पहुंच सकती है। इस अवधि के दौरान, पदार्थ क्वार्क और न्यूट्रिनो के रूप में मौजूद थे, और सभी प्रकार की अंतःक्रियाओं को एक ही बल क्षेत्र में संयोजित किया गया था। धीरे-धीरे, जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, कण ऊर्जा कम हो गई, और अंतःक्रिया के एकीकृत क्षेत्र से, गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रिया पहले उभरी (कण ऊर्जा ≤ 1019 GeV पर), और फिर मजबूत अंतःक्रिया इलेक्ट्रोवेक अंतःक्रिया से अलग हो गई (आदेश की ऊर्जाओं पर) 1014 GeV का)। 103 GeV के क्रम की ऊर्जा पर, सभी चार प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाएँ अलग हो गईं। इसके साथ ही इन प्रक्रियाओं के साथ, पदार्थ के अधिक जटिल रूपों का निर्माण हुआ - नाभिक, प्रकाश नाभिक, आयन, परमाणु, आदि। ब्रह्मांड विज्ञान अपने मॉडल में ब्रह्मांड के विकास का पता लगाने की कोशिश करता है विभिन्न चरणबिग बैंग से लेकर आज तक इसका विकास, प्राथमिक कण भौतिकी के नियमों के साथ-साथ परमाणु और परमाणु भौतिकी पर आधारित है।