Теоретические сведения

Конспект урока № 20

Тема: Этапы развития теории элементарных частиц. Современное состояние проблемы изучения состава материи

Цели урока: 1. Образовательная:

Умения: владение способами контроля и взаимоконтроля, само и взаимооценки. Рассмотреть этапы развития теории элементарных частиц и современное состояние проблемы изучения состава материи

2. Воспитательная: воспитание трудолюбия и настойчивости в достижении целей

3. Развивающая: развитие мышления

Форма работы: индивидуальная, парные и групповые взаимодействия.

План урока:

1.Организационная часть
2. Сообщение новых знаний

∙самостоятельное знакомство с новым материалом путем изучения презентации по ссылке: http://www.myshared.ru/slide/1139331/ и теоретических сведений

3.Первичное усвоение новых знаний:

Организовать осмысленное восприятие новой информации: формулируют выводы, делают записи в тетради.

4. Практическая работа учащихся

5. Сообщение задания на дом

6. Завершение урока ∙оценка работы учащихся.

Теоретические сведения

Главным источником новостей из мира элементарных частиц по-прежнему остается Большой адронный коллайдер. Собственно, он и был создан для того, чтобы расширять наше знание о фундаментальных свойствах микромира и вгрызаться в неизведанное. Сейчас на коллайдере продолжается многолетний сеанс работы Run 2. Одобренное ЦЕРНом расписание работы коллайдера простирается до середины 2030-х годов, и прямых конкурентов у него не будет как минимум еще десятилетие. Его научная программа включает в себя задачи из самых разных областей физики частиц, так что, даже если задерживаются результаты в каком-то одном направлении, это компенсируется новостями из других.

В техническом плане 2017 год отметился ударным темпом набора данных (рис. 2). Правда, проблемы с одной из вакуумных секций вынудили техников подбирать режим столкновений в обход инструментальных ограничений. С честью выйдя из испытаний, они смогли достичь и даже превысить план по набору статистики. Интегральная светимость, набранная за этот год, достигла 50 fb⁻¹ в детекторах ATLAS и CMS, и, вкупе со статистикой 2015 и 2016 годов, полный объем данных на энергии 13 ТэВ приблизился к 100 fb⁻¹.

Рис. 2. Ход набора светимости на LHC в 2017 году. Зеленые точки: реальные данные, синяя линия — исходный план. График с сайта home.cern

Но вот что касается научных результатов, то здесь царит, скорее, сдержанный пессимизм. С одной стороны, коллайдер в самом деле резко передвинул энергетический фронт исследований за пределы 1 ТэВ. Если десятилетие назад теоретики мечтали об открытии суперсимметрии и о фейерверке новых частиц и явлений при энергиях 0,3–0,5 ТэВ, то теперь ограничения снизу на массу сильновзаимодействующих частиц-суперпартнеров достигают 2 ТэВ. Были выполнены сотни вариантов поисков новых эффектов, которые предсказывают разнообразные теории за пределами Стандартной модели, но никаких убедительных сигналов обнаружить не удалось. Ограничения сверху на массы гипотетических новых частиц достигают в отдельных случаях нескольких ТэВ. Иными словами, если Новая физика тут и есть, то она явно не лежит на поверхности.

С другой стороны, никто в физике частиц из этого не делает трагедии. Все понимают, что после обнаружения бозона Хиггса эпоха гарантированных открытий в физике частиц закончилась. Если сравнивать нынешние исследования микромира с путешествиями средневековых мореплавателей, то сейчас мы реально вышли в неизведанные воды, в открытый океан — и мы не знаем, когда и где нас ждет следующее большое открытие. Природа не подарила нам моментального яркого открытия — ну что ж, у нас есть и запасные возможности. Нестандартные эффекты можно обнаружить, не только напрямую открывая новые частицы, но и через косвенное их влияние на частицы уже известные. И вот здесь потенциал Большого адронного коллайдера остается огромным.

Во-первых, у нас есть хиггсовский бозон — частица совершенно нового сорта, и с тщательным изучением этого бозона физики связывают большие надежды. Есть множество теоретических конструкций, в которых первые отклонения от Стандартной модели как раз должны проступать в виде нестандартных свойств бозона Хиггса. Пока что измеренные характеристики этой частицы выглядят совершенно стандартными, — по крайней мере по данным Run 1 и первой половины Run 2 (рис. 3). Но ведь мы только начали ее изучать, и погрешности у этих измерений все еще велики. В них вполне могут скрываться небольшие отклонения, которые удастся увидеть только на гораздо большей статистике. Сейчас результаты по бозону Хиггса базируются на данных 2016 года, да и то не во всех случаях. Богатая статистика 2017 года пока находится в стадии обработки, и первые результаты на ее основе будут представлены только на зимних конференциях.

Рис. 3. Свойства хиггсовского бозона по результатам сеанса LHC Run 1. По результатам 2016 года складывается еще более стандартная картина

Задание на дом:

Проработать теорию по презентации и теоретическим сведениям. Записать в тетрадь конспект

Фото работ прислать на электронную почту: helenkha18@ mail.ru

Уровни учебных достижений	Оценка	Критерии оценивания учебных достижений
Недостаточный		Отсутствует ответ на вопрос, задание и т.д.
Начальный		Ученик (ученица) показывает непонимание основного содержания учебного материала или допускает существенные ошибки, которые не может исправить при наводящих вопросах учителя.
Средний		Ученик (ученица) с помощью учителя описывает явление или его части без объяснений соответствующих причин, называет физические явления, различает буквенные обозначения отдельных физических величин, знает единицы измерения отдельных физических величин и формулы из темы, которая изучается.
Достаточный		Ученик (ученица) может объяснять физические явления, исправлять допущенные неточности, обнаруживает знание и понимание основных положений (законов, понятий, формул, теорий), дает полный и правильный ответ; материал излагает в логической последовательности, при этом допускает две-три несущественные ошибки, исправляет ошибки по требованию учителя.
Высокий		Ученик (ученица) свободно владеет изученным материалом, умело использует физическую терминологию, умеет обрабатывать научную информацию: находить новые факты, явления, идеи, самостоятельно использовать их в соответствии с поставленной целью, дает самостоятельно полный и правильный ответ; материал излагает в логической последовательности, литературным языком; при этом допускает одну-две несущественные ошибки, которые самостоятельно исправляет в ходе ответа.