Взаимопревращения элементарных частиц доклад

Обновлено: 04.07.2024

Элементарные частицы были впервые открыты и изучены в ходе исследования ядерных процессов. В связи с этим в течение долгого времени физика элементарных частиц являлась одним из разделов ядерной физики. И только с середины 20 -го века физика элементарных частиц выделилась в отдельное, самостоятельное направление. Оба эти раздела физики до сих пор объединяются общностью изучаемых явлений и применяемых методов исследования. Но есть у этих направлений и отличия. Основной задачей физики элементарных частиц является исследование природы, свойств и взаимных превращений элементарных частиц.

Из истории вопроса

Первым из тех, кто задумался о существовании мельчайших частиц, из которых состоят все вещества и окружающие предметы, был древнегреческий философ Демокрит. Он был первым, кто высказал предположение о существовании фундаментальных частиц. Согласно письменным источникам, случилось это в 4 веке до нашей эры. Демокрит дал название атому и определил, что это неделимая частица материи.

В течение ряда веков понятие об атомах носило скорее философский, чем физический смысл. И только начиная с 19 века представление об атомах стали использовать сначала для объяснения химических, а затем и физических процессов.

В 30 -е годы 19 столетия Макс Фарадей ввел в обиход понятие иона в рамках теории электролиза, а также выполнил изменение элементарного заряда. К концу столетия Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности, Джозеф Томсон установил существование электронов, Эрнест Резерфорд - α -частиц. В первые пять лет 20 века Альберт Эйнштейн разработал учение о фотонах (квантах электромагнитного поля). Все эти открытия были бы невозможны без понятия об атомах.

В течение первой трети 20 века было установлено, что атом имеет сложное строение, которое предполагает наличие ядра и расположенных вокруг него электронов. Эрнест Резерфорд предложил орбитальную модель строения атома, согласно которой электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам. Он же во время опытов по расщеплению ядер атомов установил существование протонов.

Открытие нейтронов принадлежит известному английскому физику Джеймсу Чедвику. Он установил, что ядра атомов имеют сложное строение. Так возникла протон-нейтронная теория строения ядер, разработкой которой занимались немецкий исследователь Вейнер Гейзенберг и наш соотечественник, физик-теоретик, лауреат Сталинской премии Дмитрий Дмитриевич Иваненко.

Существование позитрона было предсказано англичанином Полем Дираком. Эта положительно заряженная частица, имеющая такую же массу и такой же (по модулю) заряд, что и электрон, была открыта американским физиком-экспериментатором Карлом Дейвидом Андерсеном в космических лучах.

В тридцатых годах 20 -го века были открыты взаимные превращения нейтронов и протонов. Было установлено, что элементарные частицы не являются неизменными. В это же время были открыты мюоны– частицы, масса которых составляет 207 электронных масс, а затем и пионы – частицы, которые обеспечивают взаимодействие между нуклонами в ядре атома.

До середины 20 века было открыто большое количество элементарных частиц. Это стало возможно благодаря широкому исследованию космических лучей, внедрению ускорительной техники, развитию ядерной физики.

Виды частиц

В наше время известно порядка 400 элементарных или субъядерных частиц. Большинство из них нестабильно: одни частицы могут самопроизвольно превращаться в другие с течением времени. Исключением из этого являются нейтрино, фотон, протон и электрон.

По продолжительности существования выделяют следующие группы частиц:

  • относительно стабильные, время жизни которых превосходит 10 – 17 с ;
  • короткоживущие, время жизни которых порядка 10 – 22 – 10 – 23 с .

Основые свойства элементарных частиц

Одним из наиболее важных свойств элементарных частиц является их способность к взаимным превращениям. Частицы способны поглощаться (возникать) и испускаться (исчезать). Это относится как к стабильным, так и к нестабильным частицам. Разница лишь в том, что стабильные частицы могут превращаться не самопроизвольно, а в результате взаимодействия с другими частицами.

В процессе аннигиляции (исчезновения) позитрона и электрона появляется фотон большой энергии.

При столкновении фотона, несущего достаточный заряд энергии, с ядром атома появляется электрон-позитронная пара.

Частицы и античастицы

Электрон является двойником позитрона. Антипротон отличается от протона наличием у него отрицательного электрического заряда. Нейтрон не имеет заряда. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком магнитного момента и барионного заряда.

Наличие античастиц установлено для всех элементарных частиц. Встреча частицы и античастицы сопровождается аннигиляцией, в результате которой обе частицы превращаются в кванты излучения или частицы других видов.

Ученые предполагают существование антивещества. Теоретически, это возможно, если в ядре будут антинуклоны, а в оболочке атома позитроны. Взаимодействие вещества и антивещества может привести к выделению огромного количества энергии, которое будет превосходить энергию ядерных и термоядерных реакций.

Группы элементарных частиц

Информацию об основных элементарных частицах мы собрали в таблицу. Размещение частиц соответствует существующей ныне системе классификации элементарных частиц. Каждая из частиц имеет ряд характеристик: время жизни, масса, выраженная в электронных массах, электрический заряд в единицах элементарного заряда и спин, который также носит название момента импульса, выраженный в единицах постоянной Планка ħ = h 2 π .

Группа Название частицы Символ Масса (в электронных массах) Электрический заряд Спин Время жизни (с)
Частица Античастица
Фотоны Фотон γ 0 0 1 Стабилен
Лептоны Нейтрино электронное ν e ν e ~ 0 0 1 2 Стабильно
Нейтрино мюонное ν μ ν μ ~ 0 0 1 2 Стабильно
Электрон e – e + 1 – 1 1 1 2 Стабилен
Мю-мезон μ – μ + 206 , 8 – 1 1 1 2 2 , 2 · 10 – 6
Адроны Мезоны Пи-мезоны π 0 264 , 1 0 0 0 , 87 · 10 – 16
π + π – 273 , 1 1 – 1 0 2 , 6 · 10 – 8
К-мезоны K + K – 966 , 4 1 – 1 0 1 , 24 · 10 – 8
K 0 K 0 ~ 974 , 1 0 0 ≈ 10 – 10 – 10 – 8
Эта-нуль-мезон η 0 1074 0 0 ≈ 10 – 18
Барионы Протон p p ~ 1836 , 1 1 – 1 1 2 Стабилен
Нейтрон n n ~ 1838 , 6 0 1 2 898
Лямбда-гиперон Λ 0 Λ 0 ~ 2183 , 1 0 1 2 2 , 63 · 10 – 10
Сигма-гипероны Σ + Σ + ~ 2327 , 6 1 – 1 1 2 0 , 8 · 10 – 10
Σ 0 Σ 0 ~ 2333 , 6 0 1 2 7 , 4 · 10 – 20
Σ – Σ – ~ 2343 , 1 – 1 1 1 2 1 , 48 · 10 – 10
Кси-гипероны Ξ 0 Ξ 0 ~ 2572 , 8 0 1 2 2 , 9 · 10 – 10
Ξ – Ξ – ~ 2585 , 6 – 1 1 1 2 1 , 64 · 10 – 10
Омега-минус-гиперон Ω – Ω – ~ 3273 – 1 1 1 2 0 , 82 · 10 – 11

Выделяют три основные группы элементарных частиц:

Фотоны представлены одной частицей. Это фотон – носитель электромагнитного взаимодействия.

К лептонам относятся легкие частицы:

  • два сорта нейтрино (электронное и мюонное);
  • электрон;
  • μ -мезон.

Объединяет частицы из группы лептонов спин 1 2 . В таблицу мы включили только основные лептоны. На самом деле их намного больше.

Взаимопревращаемость элементарных частиц - одно из наиболее фундаментальных их свойств. При этом образующиеся частицы не входят в состав исходных частиц, а рождаются непосредственно в процессах их соударений или распадов. [1]

Взаимопревращаемость элементарных частиц говорит о том, что свойства каждой частицы зависят от свойств других частиц. Можно думать поэтому, что основой мира элементарных частиц является система каких-то фундаментальных полей, особенности которых объясняют взаимодействия всех известных элементарных частиц. [2]

Исследование взаимопревращаемости элементарных частиц привело к открытию нового свойства симметрии - операции зарядового сопряжения, заключающееся в том, что при замене частицы на античастицу в уравнении данной реакции получается новая реакция. [3]

Всеобщая взаимообязанность и взаимопревращаемость элементарных частиц очень затрудняет решение вопроса о том, какие из известных частиц более элементарны, а какие состоят из них. В связи с этим приведенное в § 74 определение элементарной частицы не вполне удовлетворительно и в значительной степени имеет условный характер. Возможно, что физика недалекого будущего сумеет определить эту первоматерию и построить из нее все известные частицы со всеми их свойствами. О некоторых успехах, полученных в этом направлении для сильновзаимодействующих частиц и резонансов, будет рассказано в следующем параграфе. [4]

Всеобщая взаимосвязанность и взаимопревращаемость элементарных частиц очень затрудняет решение вопроса о том, какие из известных частиц более элементарны, а какие состоят из них. В связи с этим приведенное в § 9 определение элементарной частицы не вполне удовлетворительно и в значительной степени имеет условный характер. Возможно, что физика недалекого будущего сумеет определить эту первоматерию и построить из нее все известные частицы со всеми их свойствами. О некоторых успехах, полученных в этом направлении для сильновзаимодействующих частиц и резонансов, будет рассказано в следующем параграфе. [5]

Подчеркнем еще раз, что для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц , обусловленных сильными взаимодействиями, выполняются все законы сохранения ( энергии, импульса, момента импульса, зарядов ( электрического, лептонного. В процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями, не сохраняются только изоспин, странность и четность. [6]

Перечислить, какие величины сохраняются для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц , обусловленных слабым и сильным взаимодействиями. [7]

Развитие физики и химии в XX веке показало глубокую правоту В. И. Ленина, так как методами этих наук было доказано реальное существование атомов и элементарных частиц, как составных частей материального мира, а в последние годы показана изменчивость и взаимопревращаемость элементарных частиц . [8]

Если принять для барионов В - - 1, для антибарионов ( антинуклоны, антигипероны) В - 1, а для всех остальных частиц В 0, то можно сформулировать закон сохранения барионного числа: и замкнутой системе при всех процессах взаимопревращаемости элементарных частиц барионное число сохраняется. [9]

Элементарным частицам, относящимся к группе лептонов, приписывают так называемое лептонное число ( лептонный заряд) L. Введение L позволяет сформулировать закон сохранения лептонвого числа: в замкнутой системе при всех без исключения процессах взаимопревращаемости элементарных частиц лептонное число сохраняется. [10]

Проникновение в строение атомов и молекул и глубокое изучение их свойств дало сильнейшее оружие в борьбе за материалистическое мировоззрение, которая особенно остро происходила в начале XX в. Развитие физики и химии показало глубокую правоту положений В. И. Ленина, выдвинутых в его книге Материализм и эмпириокритицизм ( 1902), так как методами этих наук было доказано реальное существование атомов и элементарных частиц как составных частей материального мира, а в последние годы показана изменчивость и взаимопревращаемость элементарных частиц . [11]

Первые большие успехи в этой области связаны с исследованием космич. Были открыты мюоны, пи-мезоны. Обнаруженная универсальная взаимопревращаемость элементарных частиц указывала на то, что не все эти частицы элементарны в абс. [12]

С учетом резонансов элементарных частиц насчитывается уже более 120, и, как уже говорилось, сама элементарность многих из них давно поставлена под сомнение. Весьма заманчиво представить хотя бы некоторые из множества открытых за последние годы частиц в качестве связанных или возбужденных состояний других частиц. Всеобщая взаимосвязанность и взаимопревращаемость элементарных частиц очень затрудняет решение вопроса о том, какие из известных частиц самые элементарные и какие состоят из них. [13]

Нетривиален вопрос о том, существуют ли электроны, нейтрино и другие вылетающие при р-распаде частицы в ядре заранее или рождаются в процессе распада. Согласно современным теоретическим воззрениям эти частицы рождаются во время распада. Здесь проявляется весьма общее свойство взаимопревращаемости элементарных частиц . [14]

Нетривиален вопрос о том, существуют ли электроны, нейтрино и другие вылетающие при ( 3-распаде частицы в ядре заранее или рождаются в процессе распада. Согласно современным теоретическим воззрениям эти частицы рождаются во время распада. Здесь проявляется весьма общее свойство взаимопревращаемости элементарных частиц . [15]

Определение понятия элементарных частиц и рассмотрение их основных свойств. Характеристика электромагнитных взаимодействий квантов материи и их связь с электромагнитным полем. Изучение унитарной симметрии элементарных частиц и кварковая модель адронов.

Рубрика Физика и энергетика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 09.12.2009
Размер файла 26,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

По дисциплине: Физика

1 Понятие элементарных частиц

2 Основные свойства элементарных частиц

3 Классификация элементарных частиц

СПИСОК ИСПОЛЬЗОНАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Цель данной работы - обзор элементарных частиц.

Исходя из поставленной цели, можно сформировать следующие задачи работы:

1. Определение понятия элементарных частиц.

2. Рассмотрение основных свойств элементарных частиц.

3. Обзор классификации элементарных частиц.

История исследования элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий насчитывает более двух с половиной тысяч лет и восходит к идеям древнегреческих натурфилософов о строении Мира. Однако серьезная научная разработка данного вопроса началась только в конце XIX-го века. В 1897 году выдающийся английский физик-экспериментатор Дж.Дж.Томсон определил отношение заряда электрона к его массе. Тем самым, электрон окончательно обрел статус реального физического объекта и стал первой известной элементарной частицей в истории человечества.

1. ПОНЯТИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Элементарные частицы - это первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя.

Элементарные частицы современной физики не удовлетворяют строгому определению элементарности, поскольку большинство из них по современным представлениям являются составными системами. Общее свойство этих систем заключается в том. Что они не являются атомами или ядрами (исключение составляет протон). Поэтому иногда их называют субъядерными частицами.

Первой открытой элементарной частицей был электрон. Его открыл английский физик Томсон в 1897 году.

Первой открытой антицастицей был позитрон - частица с массой электрона, но положительным электрическим зарядом. Это античастица была обнаружена в составе космических лучей американским физиком Андерсоном в 1932 году.

Если раньше элементарные частицы обычно обнаруживали в космических лучах, то с начала 50-х годов ускорители превратились в основной инструмент для исследования элементарных частиц.

Микроскопические массы и размеры элементарных частиц обусловливают квантовую специфику их поведения: квантовые закономерности являются определяющими в поведении элементарных частиц.

Наиболее важное квантовое свойство всех элементарных частиц - это способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с другими частицами. Все процессы с элементарными частицами протекают через последовательность актов их поглощения и испускания.

2 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Все элементарные частицы являются объектами исключительно малых масс и размеров. У большинства из них массы имеют порядок величины массы протона, равной 1,6Ч10 -24 г (заметно меньше лишь масса электрона: 9Ч10 -28 г). Определенные из опыта размеры протона, нейтрона, p-мезона по порядку величины равны 10 -13 см. Размеры электрона и мюона определить не удалось, известно лишь, что они меньше 10 -15 см. Микроскопические массы и размеры элементарных частиц лежат в основе квантовой специфики их поведения. Характерные длины волн, которые следует приписать элементарным частицам в квантовой теории (где - постоянная Планка, m - масса частицы, с - скорость света), по порядку величин близки к типичным размерам, на которых осуществляется их взаимодействие (например, для p-мезона 1,4Ч10 -13 см). Это и приводит к тому, что квантовые закономерности являются определяющими для элементарных частиц.

Различные процессы с элементарными частицами заметно отличаются по интенсивности протекания. В соответствии с этим взаимодействия элементарных частиц можно феноменологически разделить на несколько классов: сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия. Все элементарные частицы обладают, кроме того, гравитационным взаимодействием.

Сильные взаимодействия выделяются как взаимодействия, которые порождают процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью среди всех остальных процессов. Они приводят и к самой сильной связи элементарных частиц. Именно сильные взаимодействия обусловливают связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивают исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях.

Электромагнитные взаимодействия характеризуются как взаимодействия, в основе которых лежит связь с электромагнитным полем. Процессы, обусловленные ими, менее интенсивны, чем процессы сильных взаимодействий, а порождаемая ими связь элементарных частиц заметно слабее. Электромагнитные взаимодействия, в частности, ответственны за связь атомных электронов с ядрами и связь атомов в молекулах.

Слабые взаимодействия, как показывает само название, вызывают очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами. Иллюстрацией их малой интенсивности может служить тот факт, что нейтрино, обладающие только слабыми взаимодействиями, беспрепятственно пронизывают, например, толщу Земли и Солнца. Слабые взаимодействия обусловливают также медленные распады квазистабильных элементарных частиц. Времена жизни этих частиц лежат в диапазоне 10 -8 -10 -10 сек, тогда как типичные времена для сильных взаимодействий элементарных частиц составляют 10 -23 -10 -24 сек.

Гравитационные взаимодействия, хорошо известные по своим макроскопическим проявлениям, в случае элементарных частиц на характерных расстояниях ~10 -13 см дают чрезвычайно малые эффекты из-за малости масс элементарных частиц.

Силу различных классов взаимодействий можно приближенно охарактеризовать безразмерными параметрами, связанными с квадратами констант соответствующих взаимодействий. Для сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействий протонов при средней энергии процесса ~1 Гэв эти параметры соотносятся как 1:10 -2 : l0 -10 :10 -38 . Необходимость указания средней энергии процесса связана с тем, что для слабых взаимодействий безразмерный параметр зависит от энергии. Кроме того, сами интенсивности различных процессов по-разному зависят от энергии. Это приводит к тому, что относительная роль различных взаимодействий, вообще говоря, меняется с ростом энергии взаимодействующих частиц, так что разделение взаимодействий на классы, основанное на сравнении интенсивностей процессов, надёжно осуществляется при не слишком высоких энергиях. Разные классы взаимодействий имеют, однако, и другую специфику, связанную с различными свойствами их симметрии, которая способствует их разделению и при более высоких энергиях. Сохранится ли такое деление взаимодействий на классы в пределе самых больших энергий, пока остается неясным.

В зависимости от участия в тех или иных видах взаимодействий все изученные элементарные частицы, за исключением фотона, разбиваются на две основные группы: адроны (от греческого hadros - большой, сильный) и лептоны (от греческого leptos - мелкий, тонкий, легкий). Адроны характеризуются прежде всего тем, что они обладают сильными взаимодействиями, наряду с электромагнитными и слабыми, тогда как лептоны участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. (Наличие общих для той и другой группы гравитационных взаимодействий подразумевается.) Массы адронов по порядку величины близки к массе протона (тр); минимальную массу среди адронов имеет p-мезон: тp"м 1/7Чтр. Массы лептонов, известных до 1975-76, были невелики (0,1 mp), однако новейшие данные, видимо, указывают на возможность существования тяжелых лептонов с такими же массами, как у адронов. Первыми исследованными представителями адронов были протон и нейтрон, лептонов - электрон. Фотон, обладающий только электромагнитными взаимодействиями, не может быть отнесен ни к адронам, ни к лептонам и должен быть выделен в отд. группу. По развиваемым в 70-х гг. представлениям фотон (частица с нулевой массой покоя) входит в одну группу с очень массивными частицами - промежуточными векторными бозонами, ответственными за слабые взаимодействия и пока на опыте не наблюдавшимися.

3 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Унитарная симметрия

Внимательное рассмотрение показывает, что странные и обычные адроны в совокупности образуют более широкие объединения частиц с близкими свойствами, чем изотопические мультиплеты. Они называются супермультиплетами. Число частиц, входящих в наблюдаемые супермультиплеты, равно 8 и 10. С точки зрения симметрий возникновение супермультиплетов истолковывается как проявление существования у адронов группы симметрии более широкой, чем группа SU (2), а именно: SU (3) - группы унитарных преобразований в трехмерном комплексном пространстве (М. Гелл-Ман и независимо Ю. Нееман, 1961). Соответствующая симметрия получила название унитарной симметрии. Группа SU (3) имеет неприводимые представления с числом компонент 8 и 10, отвечающие наблюдаемым супермультиплетам: октету и декуплету. Общими для всех частиц в супермультиплете являются значения двух величин, которые по математической природе близки к изотопическому спину и поэтому часто называются унитарным спином. Для октета значения связанных с этими величинами квантовых чисел равны (1, 1), для декуплета - (3, 0). Унитарная симметрия менее точная, чем изотопическая симметрия. В соответствии с этим различие в массах частиц, входящих в октеты и декуплеты, довольно значительно. По этой же причине разбиение адронов на супермультиплеты сравнительно просто осуществляется для элементарных частиц не очень высоких масс. При больших массах, когда имеется много различных частиц с близкими массами, это разбиение осуществляется менее надежно. Однако в свойствах элементарных частиц имеется много разнообразных проявлений унитарной симметрии.

Кварковая модель адронов

Идея кварков подсказана унитарной симметрией. Математическая структура унитарных групп открывает возможность описания всех представлений группы SU (n) (и, следовательно, всех мультиплетов адронов) на основе самого простого представления группы, содержащего n компонент. В случае группы SU (3)таких компонент три. Необходимо только допустить наличие частиц, связанных с этим простейшим представлением. Эти частицы и есть кварки. Кварковый состав мезонов и барионов был выведен из того факта, что супермультиплеты мезонов содержат, как правило, 8 частиц, а барионов - 8 и 10 частиц. Эта закономерность легко воспроизводится, если предположить, что мезоны составлены из кварка q и антикварка - символически: , а барионы из трёх кварков - символически: В = (qqq). В силу свойств группы SU (3) 9 мезонов разбиваются на супермультиплеты из 1 и 8 частиц, а 27 барионов - на супермультиплеты, содержащие 1, 10 и дважды по 8 частиц, что и объясняет наблюдаемую выделенность октетов и декуплетов.

От всех других элементарные частицы кварки отличаются тем, что в свободном состоянии они пока не наблюдались, хотя имеются свидетельства их существования в связанном состоянии. Одной из причин ненаблюдения кварков может быть их очень большая масса, что препятствует их рождению при энергиях современных ускорителей. Не исключено, однако, что кварки принципиально, в силу специфики их взаимодействия, не могут находиться в свободном состоянии. Существуют доводы теоретического и экспериментального характера в пользу того, что силы, действующие между кварками, не ослабляются с расстоянием. Это означает, что для отделения кварков друг от друга требуется бесконечно большая энергия, или, иначе, возникновение кварков в свободном состоянии невозможно. Невозможность выделить кварки в свободном состоянии делает их совершенно новым типом структурных единиц вещества. Неясно, например, можно ли ставить вопрос о составных частях кварков, если сами кварки нельзя наблюдать в свободном состоянии. Возможно, что в этих условиях части кварков физически вообще не проявляются и поэтому кварки выступают как последняя ступень дробления адронной материи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Действительно, элементарные частицы невозможно ни потрогать, ни понюхать, ни увидеть, ни попробовать на вкус. Информацию об их существовании ученые получают посредством громоздких детекторов, которые выдают для обработки наборы электрических или световых сигналов. Только специальным образом анализируя полученные сигналы, физики, могут изучать свойства элементарных частиц. На первый взгляд, нет абсолютно никакой гарантии, что в длинной цепочке передачи сигнала из микромира к макроскопическому наблюдателю физики-экспериметаторы правильно учитывают помехи, ошибки или искажения первичной информации. Следовательно, элементарные частицы могут оказаться лишь мороком, неправильной интерпретацией искаженных сигналов. Иное дело - макроскопические объекты. Человек может узнать характеристики макроскопических объектов без всяких посредников, только при помощи органов чувств. Поэтому в реальности макроскопического окружающего мира, как правило, не сомневается. Но так кажется только на первый весьма повехностный взгляд.

Работа любого органа чувств человека в макромире принципиально не отличима от работы макроприбора для изучения микромира.

Реальность элементарных частиц, универсальность их свойств подтверждается множеством детекторов принципиально различных конструкций (камеры Вильсона, счетчики Гейгера во всех модификациях, пропорциональные камеры, черенковские счетчики, ионизационные калориметры десятков различных систем). Этот набор макроприборов гораздо богаче, чем пять человеческих чувств! А результаты независимых измерений характеристик микрочастиц, выполненных этими приборами, прекрасно согласуются друг с другом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Элементарные частицы также имеют полевое происхождение, представляя возбужденные состояния квантового поля. Например, электрон - это дискретное отрицательное волновое возмущение поля в один квант заряда, движущееся синфазно по орбите в виде продольной замкнутой волны (на орбите укладывается одна длина волны l = h/mc) с радиусом:

R = h/2pmc = 3.9·10 -13 м

(ток всегда замкнут). Магнитный момент замкнутого тока:

(магнетон Бора). Сила тока, создающего магнитный момент:

I = ec/l = emc 2 /h = 19.8 А.

Такое возмущение поля, когда на орбите укладывается одна длина волны (боровская орбита, как в атоме), является устойчивым возбужденным состоянием поля, так как при синфазном орбитальном движении волна себя не гасит, а возникающие вторичные волны, интерферируя в окружающем полевом пространстве, гасят друг друга, не излучаясь.

Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.357.

Распространяющиеся волны обладают энергией, но их энергия (масса) не может покоиться - покоящихся волн не существует, т.е. распространяющиеся волны не обладают энергией (массой) покоя. Если же волна движется по кругу, например, по боровской орбите, то такая энергия (масса) представляет массу покоя, так как замкнутая волна может покоиться - не перемещаться в пространстве.

Движущееся положительное или отрицательное волновое возмущение поля, представляя электрический ток смещения, может двигаться только по замкнутой боровской орбите - ток, согласно законам электродинамики, всегда замкнут. При этом орбитальное движение совершает только энергия (масса) электрического поля, магнитное же поле создается круговым током смещения и не движется, поэтому оно не участвует в образовании момента количества движения - спина, т.е. возникает "удвоенный магнетизм" спина. В электромагнитной волне энергия (масса) электрического поля равна энергии (массе) магнитного поля. Отсюда спин электрона:

где m - масса электрона, с - скорость кругового тока (скорость света), R - радиус орбиты, по которому движется электрическое возмущение поля R = h/2pmc. Надо заметить, что классический радиус электрона не имеет ничего общего с реальным размером электрона, так как при расчете как бы забывают, что электрон, кроме электрического потока, обладает магнитным потоком, т.е. обладает электромагнитной энергией и рассчитывать электрон надо как электромагнитное возмущение поля.

Курс физики. И.В.Савельев. 1989. Т.3. С.107.

В поле могут возникать как частицы, так и античастицы, например, гамма-фотон, состоящий из двух разноименных областей возмущения, может при столкновении распадаться на положительное и отрицательное возмущение, т.е. на позитрон и электрон.

Курс физики. И.В.Савельев. 1989. Т.3. С.277.

Физическая энциклопедия. МАГНЕТИЗМ МИКРОЧАСТИЦ.

Элементарные частицы обладают физическими свойствами, по которым можно судить об их строении.

Устойчивые замкнутые токи можно экспериментально наблюдать, например, в сверхпроводниках, где токи проводимости текут без выделения теплоты, так же как и токи смещения. В том, что могут существовать замкнутые электрические токи проводимости или смещения, с точки зрения электродинамики ничего необычного нет, так как электродинамика утверждает, что ток всегда замкнут. При это магнитные потоки дискретны, так как электромагнитное поле имеет квантовую природу.

Физическая энциклопедия. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

Электромагнитные вихри представляют устойчивые образования, т.е. их можно рассматривать как возбужденные состояния сверхпроводящей среды. Магнитная энергия вихрей Wм = Iсв Ф0 /2, где Iсв - круговой сверхпроводящий ток, Ф0 - квант магнитного потока.

Энциклопедия элементарной физики. ВАКУУМ.

Таким образом, чтобы представить, как устроены элементарные частицы, надо рассмотреть полевые структуры различных устойчивых возбужденных состояний квантового поля, а не только дискретных поперечных возмущений (фотонов).

Физическая энциклопедия. ФОТОН.

Одни волновые формы возбужденного состояния поля могут переходить в другие волновые формы - взаимопревращение элементарных частиц. Физические свойства элементарной частицы определяются волновой формой (структурой) возбужденного состояния поля, например, электрон - отрицательное волновое возмущение поля, позитрон - положительное волновое возмущение поля, фотон - нейтральное поперечное волновое возмущение поля, состоящее из двух разноименных областей возмущения, и так далее. По мере усложнения волновой формы (структуры) возбужденного состояния поля увеличивается число физических свойств, присущих частице.

Физическая энциклопедия. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ.

Элементарные частицы (возбужденные состояния поля) при движении возмущают поле. Например, если на пути частицы находятся щели, то частица проходит только через одну из них, тогда как связанное с ней возмущение поля, распространяясь в виде присоединенной волны, проходит через несколько щелей, образуя интерференционную картину поля, индукционно влияющую на движение частицы (на движение частиц могут влиять только поля). Т.е. другие щели, через которые проходят волновые возмущения, также участвуют в прохождении частиц. Волны де Бройля - это возмущения, отражающие полевую структуру движущихся частиц, которые могут влиять на движение частиц, например, при огибании волнами препятствий.

Любое движение в полевой среде создает возмущение и поэтому сопровождается присоединенными волнами. Если движение не превышает скорость распространения волн, то парциальные волны, возникающие при движении возмущения, не создают излучения, а, согласно принципу Гюйгенса, движутся с частицей как единое целое в виде присоединенной волны де Бройля, так как общая огибающая возникает, только если движение превышает скорость распространения волн.

Читайте также: