Принципы квантовой механики

Принципы квантовой механики

Принципы квантовой механики

Представления в физике атомного ядра

Появление квантовой механики.

Квантовая механика – физическая теория, изучающая движение на микроуровне.

Еще в конце XIX века большинство ученых склонялись к точке зрения, что физическая картина мира в основном построена и останется в дальнейшем незыблемой. Предстоит уточнять лишь детали.

Но впервые десятилетия XX века физические воззрения изменились коренным образом.

Это было следствием «каскада» научных открытий, сделанных в течение чрезвычайно короткого исторического периода, охватывающего последние годы XIX столетия и первые десятилетия XX века.

В 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель (1852-1908) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли.

В его исследование включились французские физики, супруги Пьер Кюри (1859-1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867-1934). В 1898 году были открыты новые элементы, также обладающие свойством испускать «беккерелевы лучи», — полоний и радий. Это свойство супруги Кюри назвали радиоактивностью.

А годом раньше, в 1897 году, в лаборатории Кавендиша в Кембридже при изучении электрического разряда в газах (катодных лучей) английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) открыл первую элементарную частицу — электрон.

В 1911 году знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной.

Н. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, разработал в 1913 году квантовую теорию строения атома.

Принципы квантовой механики

Принцип неопределенности Гейзенберга: «Невозможно одновременно с точностью определить координаты и скорость квантовой частицы»

В первой четверти ХХ века именно такова была реакция физиков, когда они стали исследовать поведение материи на атомном и субатомном уровнях.

Принцип Гейзенберга играет в квантовой механике ключевую роль хотя бы потому, что достаточно наглядно объясняет, как и почему микромир отличается от знакомого нам материального мира.

Чтобы отыскать, например, книгу, вы, войдя в комнату, окидываете ее взглядом, пока он не остановится на ней. На языке физики это означает, что вы провели визуальное измерение (нашли взглядом книгу) и получили результат — зафиксировали ее пространственные координаты (определили местоположение книги в комнате).

В начале 1920-х годов, когда произошел бурный всплеск творческой мысли, приведший к созданию квантовой механики, эту проблему первым осознал молодой немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг. Им был сформулирован принцип неопределенности, названный теперь его именем:

Термин «неопределенность пространственной координаты» как раз и означает, что мы не знаем точного местоположения частицы. Например, если вы используете глобальную систему GPS, чтобы определить местоположение книги, система вычислит их с точностью до 2-3 метров.

И тут мы подходим к самому принципиальному отличию микромира от нашего повседневного физического мира. В обычном мире, измеряя положение и скорость тела в пространстве, мы на него практически не воздействуем.

Таким образом, в идеале мы можем одновременно измерить и скорость, и координаты объекта абсолютно точно (иными словами, с нулевой неопределенностью). Допустим, что нужно зафиксировать пространственное местонахождение электрона.

Нам по-прежнему нужен измерительный инструмент, который вступит во взаимодействие с электроном и возвратит детекторам сигнал с информацией о его местопребывании.

Если нам удастся с нулевой погрешностью (абсолютно точно) определить одну из измеряемых величин, неопределенность другой величины будет равняться бесконечности, и о ней мы не будем знать вообще ничего.

Иными словами, если бы нам удалось абсолютно точно установить координаты квантовой частицы, о ее скорости мы не имели бы ни малейшего представления; если бы нам удалось точно зафиксировать скорость частицы, мы бы понятия не имели, где она находится.

Принцип неопределенности не мешает нам с любой желаемой точностью измерить каждую из этих величин. Он утверждает лишь, что мы не в состоянии достоверно узнать и то, и другое одновременно.

Ключевым в соотношении Гейзенберга является взаимодействие между частицей-объектом измерения и инструментом измерения, влияющим на его результаты.

Принцип дополнительности Н. Бора: «Объекты микромира описываются и как частицы, и как волны, и одно описание дополняет другое».

В повседневной жизни имеется два способа переноса энергии в пространстве — посредством частиц или волн. Чтобы, скажем, скинуть со стола костяшку домино, балансирующую на его краю, можно придать ей необходимую энергию двумя способами.

Во-первых, можно бросить в нее другую костяшку домино (то есть передать точечный импульс с помощью частицы).

Во-вторых, можно построить в ряд стоящие костяшки домино, по цепочке ведущие к той, что стоит на краю стола, и уронить первую на вторую: в этом случае импульс передастся по цепочке — вторая костяшка завалит третью, третья четвертую и так далее.

Это — волновой принцип передачи энергии. В обыденной жизни между двумя механизмами передачи энергии видимых противоречий не наблюдается. Так, баскетбольный мяч — это частица, а звук — это волна, и всё ясно.

Однако в квантовой механике всё обстоит отнюдь не так просто. Даже из простейших опытов с квантовыми объектами очень скоро становится понятно, что в микромире привычные нам принципы и законы макромира не действуют.

Свет, который мы привыкли считать волной, порой ведет себя так, будто состоит из потока частиц (фотонов), а элементарные частицы, такие как электрон или даже массивный протон, нередко проявляют свойства волны. Если «выстреливать» электроны по одному, каждый из них будет оставлять четкий след на экране — то есть вести себя как частица.

Самое интересное, что, то же самое будет, если вместо пучка электронов вы возьмете пучок фотонов: в пучке они будут вести себя как волны, а по отдельности — как частицы

Иными словами, в микромире объекты, которые ведут себя как частицы, при этом как бы «помнят» о своей волновой природе, и наоборот. Это странное свойство объектов микромира получило название квантово-волнового дуализма.

Принцип дополнительности — простая констатация этого факта. Согласно этому принципу, если мы измеряем свойства квантового объекта как частицы, мы видим, что он ведет себя как частица. Если же мы измеряем его волновые свойства, для нас он ведет себя как волна. Оба представления отнюдь не противоречат друг другу — они именно дополняют одно другое, что и отражено в названии принципа.

Строение атома.

Планетарная модель строения атома была предложена в результате открытия ядра атома Резерфордом: 1.В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома. 2.

Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре (масса электрона равна 1/1823 а. е. м.). 3.Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны. Их число равно заряду ядра.

Ядро атома

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов (общее название — нуклоны). Оно характеризуется тремя параметрами: А — массовое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов, и N — число нейтронов в ядре.

Эти параметры связаны между собой соотношением: А = Z + N. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента. Заряд ядра обычно пишут внизу слева от символа элемента, а массовое число — вверху слева (заряд ядра часто опускают).

Пример 4018Ar: ядро этого атома содержит 18 протонов и 22 нейтрона.

Атомы, ядра которых содержат одинаковое число протонов и разное число нейтронов, называются изотопами, например: 12/6С и 13/6С. Изотопы водорда имеют специальные символы и названия: 1Н — протий, 2D — дейтерий, 3Т — тритий. Химические свойства изотопов идентичны, некоторые физические свойства очень незначительно различаются..

Радиоактивность

Радиоактивность — это самопроизвольное, спонтанное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра др. элементов, сопровождающееся испусканием частиц. Соответствующие элементы назвали радиоактивными или радионуклеидами.

В 1899 году Э. Резерфорд в результате экспериментов обнаружил, что радиоактивное излучение неоднородно и под действием сильного магнитного поля распадается на две составляющие, a — и b -лучи. Третью составляющую, g -лучи, обнаружил французский физик П. Вилард в 1900 году.

Гамма-лучи вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

• Фотоэффект — энергия гамма-луча поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится ионизированным, т.е. превращается в ион).

Выбивание светом электронов с поверхности токопроводящих материалов — явление, широко используемое сегодня в повседневной жизни.

Например, некоторые системы сигнализации работают за счет передачи видимых или инфракрасных световых лучей на фотоэлектрический элемент, из которого выбиваются электроны, обеспечивающие электропроводность цепи, в которую он включен.

Если на пути светового луча появляется препятствие, свет на датчик поступать перестает, поток электронов прекращается, цепь разрывается — и срабатывает электронная сигнализация.

• Облучение γ-лучами.в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. Эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является мутагенным и фактором.

Применение гамма- излучения:

• Гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами.

• Консервирование пищевых продуктов.

• Стерилизация медицинских материалов и оборудования.

• Лучевая терапия.

• Уровнемеры

• Гамма-высотометры, измерение расстояния до поверхности при приземлении спускаемых космических аппаратов.

• Гамма-стерилизация специй, зерна, рыбы, мяса и других продуктов для увеличения срока хранения.

Виды радиоактивности

Деление атомного ядра бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер —экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения.

Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы СС порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и некоторые более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, например индия, калия или кальция, одни природные изотопы стабильны, другие же радиоактивны).

Весной 1913 года Содди сформулировал правило:

Испускание α-частиц уменьшает атомную массу на 4 и смещает его на 2 места влево по ПС.

Испускание β-частиц смещает элемент вправо на 1 место, почти не меняя его массы

Источник: https://megaobuchalka.ru/5/26484.html

В чем заключается принцип неопределенности

Пусть $\delta x$ представляет среднеквадратическое отклонение для координаты частицы $M$. Она движется вдоль оси $x$.

$\delta p$ при этом будет среднеквадратическим отклонением для ее импульса.

Величины $\delta x$ и $\delta p$ связывает такое неравенство:

$\delta x \delta p \geqslant {\frac {\bar h}{2}}$

Здесь $h$ характеризует постоянную Планка, а $\bar h=\frac{h}{2\pi}$

Замечание 1

Согласно идеям принципа неопределенности Гейзенберга, одновременно точное определение местоположения частицы и ее импульса становится невозможным. Другими словами, чем более точным будет определение местоположения (координаты) для частицы, тем импульс становится более неопределенным. И обратно – чем точнее определяется импульс, тем неопределеннее будет местоположение частицы.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Иллюстрация этого принципа показана в опыте Т. Юнга по интерференции. Согласно этому опыту, когда свет проходит через систему двух малых отверстий (близко расположенных друг к другу в непрозрачном экране), его поведение будет характеризоваться не прямолинейно распространяющимися частицами, а взаимодействующими волнами.

Вследствие этого, на расположенной за экраном поверхности мы наблюдаем возникновение интерференционной картины. Ее составляют светлые и темные полосы, чередующие друг друга. Если только одно отверстие оставить поочередно открытым, то тогда мы наблюдаем исчезновение интерференционной картины распределения фотонов.

Сделать анализ и выводы об этом опыте можно, благодаря следующему мысленному эксперименту. С целью определения местоположения для электрона, он должен быть освещен направленным на него фотоном.

Если столкнутся две элементарные частицы, станут возможными точные расчеты координат для электрона (можно определить место, где он пребывал на момент столкновения).

При этом электрон при столкновении изменит собственную траекторию. Это объясняется тем, что при столкновении фотон передаст ему импульс.

Поэтому если точно определяется координата электрона, становится невозможным узнать траекторию его последующего движения.

Пусть $\delta E$ будет среднеквадратическим отклонением при измерении энергии определенного состояния квантовой системы, а $\delta t$ — время жизни этого состояния. Тогда выполняется следующее неравенство,

$\delta E \Delta t \geqslant {\frac {\bar h}{2}}$

Таким образом, состояние, которое остается неизменным непродолжительное время, не может иметь четко определяемую энергию. Несмотря на схожесть этих двух вышеописанных соотношений неопределенности, их природа будет совершенно различной.

Принцип дополнительности

Замечание 2

Еще одним, не менее важным, принципом считается в квантовой механике принцип дополнительности, выведенный Н. Бором. Этот принцип представляет собой частный случай более общего принципа неопределенности.

Согласно идее принципа дополнительности, в случае наблюдения нами в каком-либо эксперименте одной стороны физического явления, мы, в то же время, лишаемся возможности наблюдать сторону явления, дополняющую первую.

Дополнительными свойствами, проявляемыми в разных опытах, проводимых при взаимно исключающих условиях, считаются:

  • положение и импульс частицы;
  • корпускулярный и волновой характер излучения (или вещества).

Принцип дополнительности положен в основу копенгагенской интерпретации механики квантов, а также анализа процессов измерений характеристик для микрообъектов. Согласно такой интерпретации, позаимствованные из классической физики, динамические характеристики микрочастиц (ее импульс, координата, энергия) вовсе не присущи частице как самой по себе.

Определенное значение и смысл для той или иной характеристики электронов (его импульса, например) раскрывает взаимосвязь с классическими объектами. Для таких объектов эти величины обладают определенным смыслом и параллельно могут иметь некоторое значение. Условно такой классический объект носит название «измерительный прибор».

Значение этого принципа оказалось столь велико, что В. Паули даже предложил свое название для квантовой механики — «теория дополнительности», по аналогии, например, с теорией относительности.

Принцип суперпозиции

В квантовой механике важная роль отводится принципу суперпозиции. Данный принцип называется также принципом наложения.

Основная идея принципа суперпозиции такова: допускается версия о том, что результирующий эффект может представлять их сумму. При этом эффекты вызываются благодаря каждому воздействующему явлению в отдельности. Простейшим примером, который можно привести, считается правило параллелограмма, на основании которого суммируются две действующие на тело силы.

Принцип суперпозиции в микромире является фундаментальным, наряду с принципом неопределенности, составляющим основу для математического аппарата механики квантов. Релятивистская квантовая механика предполагает взаимное превращение для элементарных частиц, где принцип суперпозиции должен дополняться принципом суперотбора.

Так, при аннигиляции позитрона и электрона он дополняется принципом о сохранении электрического заряда: сумма зарядов частицы должна быть постоянной как до, так и после превращения. Так как заряды позитрона и электрона равнозначны и взаимно противоположны, должна возникать незаряженная частица, которую и представляет зарождающийся в данном процессе аннигиляции фотон.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kvantovaya_mehanika/principy_kvantovoy_mehaniki/

Положения и принципы квантовой механики

Принципы квантовой механики

1. Положения, соответствующие квантовой механике:

– при рассмотрении природы микрочастиц используют понятие о корпускулярно-волновом дуализме, что означает проявление как волновых, так и корпускулярных свойств;

– квантовая механика является статистической теорией, т. е. законы квантовой механики носят статистический характер;

– в квантовомеханических закономерностях некоторые физические величины квантованы, то есть могут принимать только вполне определенные дискретные значения;

– в квантовомеханических закономерностях существенна дискретность величин с размерностью действия;

– невозможно одновременно точно определить два дополнительных параметра объекта.

2. Согласно гипотезе М. Планка свет испускается квантами, т. е. порциями. Энергия кванта

где h – постоянная Планка, n – частота кванта (формула Планка).

3. Корпускулярно-волновой дуализм связывает импульс частицы p с длиной его волны lформулой Луи де Бройля:

4. Квантовые свойства света были открыты Эйнштейном в начале XX века. В 1922 г. он получил Нобелевскую премию за объяснение фотоэффекта – испускания веществом электронов под действием электромагнитного излучения.

5. К законам, описывающим поведение как корпускулярной, так и волновой формы материи, в частности, упругое соударение двух шаров, относятся:

– закон сохранения энергии;

– закон сохранения импульса.

6. Согласно современным представлениям вещество и поле в микромире могут, в принципе, превращаться друг в друга.

7. Принцип (соотношение) неопределённостей (для микрочастиц):

где Dx – неопределенность координаты, Dpx – неопределенность проекции импульса на ось x, h – постоянная Планка. Этот принцип означает следующее:

– невозможность точного одновременного измерения координаты и импульса, энергии и времени или двух других дополнительных величин;

– очень точное определение координаты частицы приводит к менее точному измерению ее импульса;

– чем определеннее величина энергии частицы, тем больше времени требуется на измерение;

– если ограничено время измерения, то будет высокой погрешность определения энергии.

8. Из соотношения неопределенностей следует, что наблюдать микромир, не нарушая его, невозможно. Измерение в квантовой механике есть результат взаимодействия микрообъекта с макроприбором. Кроме того, это означает, что энергии возбуждённых уровней не могут быть строго определёнными, а их ширина связана с временем жизни этого состояния (квантовые флуктуации).

9. Принцип дополнительности:

– в широком смысле принцип дополнительности означает, что полное представление о свойствах объекта требует взгляда на него с разных несовместимых, но взаимодополняющих точек зрения;

– для полного описания объекта требуется набор дополняющих друг друга характеристик (волновое и корпускулярное описание микропроцессов не исключают и не заменяют друг друга, а взаимно дополняют);

– получение экспериментальной информации об одних физических параметрах неизбежно приводит к потере других дополнительных параметров, которые характеризуют это явление с несколько другой стороны;

– однозначно, одним методов невозможно описать явление, объект или субъект, необходимо привлечь дополнительные представления;

– сформулирован для описания микромира и используется только в микромире.

10. Физическим вакуумом называется основное состояние квантового поля с минимальной энергией, в котором отсутствуют реальные частицы, но присутствуют виртуальные частицы, осуществляющие взаимодействия между структурами мира.

11. Виртуальные частицы (или кванты полей) не могут быть обнаружены без внешнего воздействия, но при наличии внешнего воздействия они становятся реальными.

Экспериментальными доказательствами сложной структуры вакуума являются эффект Казимира и рождение электрон-позитронных пар в электрическом поле. Эффектом Казимира называется взаимное притяжение проводящих незаряженных пластин за счёт квантовых флуктуаций электромагнитного поля.

В физическом вакууме возникают энергетические колебания из-за постоянного рождения и исчезновения в нём виртуальных частиц.

12. Из принципа неопределённости следует, что некоторые физические величины не имеют определённого значения в данном состоянии. Невозможность одновременного равенства нулю как числа фотонов, так и напряжённостей электрического и магнитного полей даёт основание считать вакуумное состояние не просто отсутствием поля, а одном из возможных состояний поля с определёнными свойствами.

13. Состояние системы в квантовой механике определяется волновой y (пси)-функцией, квадрат модуля которой означает вероятность нахождения частицы в данной точке пространства. Волновая функция объекта находится решением волнового уравнения, называемого уравнением Шредингера.

14. Тождественность частиц – фундаментальный принцип квантовой механики, согласно которому состояния системы, получающиеся перестановкой тождественных частиц местами, неразличимы и должны рассматриваться как одно физическое состояние. Тождественными считаются частицы, обладающие одинаковыми характеристиками, например, все электроны Вселенной.

15. Принцип тождественности означает, что вероятность реализации системы не должна изменяться, если тождественные частицы поменять местами.

Волновая функция y системы из двух одинаковых частиц будет зависеть от координат и спинов каждой частицы, которые мы условно обозначим числами 1 и 2. Здесь 1 означает совокупность всех координат и спин первой частицы, а 2 – второй.

Квадрат модуля волновой функции означает вероятность нахождения частицы в данном месте, причем тождественность частиц требует, чтобы эта вероятность не изменялась, если частицы поменять местами, т. е.:

½y (1, 2)½2 = ½y (2, 1)½2. (2.13)

Из этой формулы вытекают две возможности:

y (1, 2) = y (2, 1), (2.13 а)
y (1, 2) = – y (2, 1). (2.13 б)

Полученный результат означает, что в природе существуют два класса волновых функций – симметричные и антисимметричные.

Частицы, описываемые симметричными волновыми функциями, называются бозонами, они обладают целым спином и могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Примеры: фотоны, пи-мезоны.

Частицы с антисимметричными волновыми функциями называются фермионами, у них полуцелый спин, и они не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии (принцип Паули). Примеры: электрон, протон, нейтрон.

16. Атом состоит из протонно-нейтронного ядра, окружённого электронными оболочками. Положение электрона в атоме нельзя точно определить, ибо электрон – волна, «размазанная» по всему атому.

17. Ядра атомов имеют размеры 10-13–10-12 см и положительный заряд, кратный абсолютной величине заряда электрона или протона. Число протонов ядра (заряд ядра) совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе Менделеева.

18. Изотопами называются ядра с одинаковыми зарядами, но разным числом нейтронов. Например, хлор-35 и хлор-37.

19. Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядра называется массовым числом.

20. Изотонами называются ядра с разными зарядами, но одинаковым числом нейтронов. Например, углерод-13 и азот-14.

21. Изобарами называются ядра с одинаковыми массовыми числами, но с разным числом протонов и нейтронов, т. е. разные химические элементы. Например, аргон-40 и кальций-40.

22. Энергией связи ядра называется энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на отдельные нуклоны.

Масса ядра меньше, чем суммарная масса составляющих его нуклонов, эта разница называется дефектом массы.

Энергия связи ядра равна дефекту массы, умноженной на квадрат скорости света, согласно закону взаимосвязи между массой и энергией (теория относительности).

23. Реакции распада некоторых ядер идут с выделением энергии. К ним относится реакция цепного деления урана, применяемая в атомных электростанциях или атомных бомбах.

24. Реакции синтеза лёгких атомных ядер также протекают с выделением энергии в ещё больших размерах. Такие реакции идут в водородных бомбах или в звёздах.

25. Элементарными называются мельчайшие наблюдаемые частицы, не являющиеся атомами или атомными ядрами. Исключение составляет протон – ядро атома водорода.

26. К основным характеристикам элементарных частиц относятся масса, заряд, спин, время жизни и квантовые числа.

27. Каждой элементарной частице соответствует античастица, кроме фотона. Частица-электрон отличается от своей античастицы – позитрона знаком электрического заряда.

28. Фундаментальные взаимодействия по величине относительной интенсивности (от большей к меньшей) располагаются в следующем порядке:

сильное или ядерное (притяжение нуклонов в ядрах, короткодействующее);

электромагнитное (притяжение или отталкивание электрических зарядов, дальнодействующее),

слабое (взаимодействие лептонов, короткодействующее),

гравитационное (притяжение тел, имеющих массу, дальнодействующее).

29. На расстояниях макромира (например, свыше 1 мм) частицы могут испытывать только электромагнитные или гравитационные взаимодействия.

30. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны, электромагнитного – виртуальные фотоны, слабого – промежуточные векторные бозоны, гравитационного – гравитоны (гипотетические, экспериментально не обнаруженные частицы).

31. В ядрах атомов доминирует сильное взаимодействие между нуклонами (протонами и нейтронами), которое превосходит электромагнитное отталкивание положительно заряженных протонов.

32. В ядерных реакциях (термоядерных или превращениях в ядерных реакторах) определяющими взаимодействиями оказываются сильное и слабое.

33. Существование атома обусловлено электромагнитным взаимодействием: притяжением положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака.

34. Атомы соединяются в молекулы и удерживаются в них посредством электромагнитного взаимодействия.

35. Давление света обусловлено электромагнитным взаимодействием.

36. В космосе, например, в галактике или Солнечной системе доминирует гравитационное взаимодействие, распространяющееся со скоростью 300 000 км/с.

37. Классификация элементарных частиц:

– по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино и их античастицы) и нестабильные (свободный нейтрон, резонансы и др.);

– по их массе (устаревшая): безмассовые (фотон), лёгкие (лептоны), средние (мезоны), тяжёлые (барионы).

– основной является классификация частиц по их участию в фундаментальных взаимодействиях, согласно которой адронами называются частицы, участвующие во всех четырех взаимодействиях, а лептонами – частицы, не участвующие в сильном взаимодействии.

Здесь имеется некоторое расхождение с ранее сложившейся терминологией, поскольку лептонами оказались не только легкие частицы. Адроны могут быть как бозонами (барионы), так и фермионами (мезоны). Лептоны (кроме фотона) являются фермионами. Примеры адронов: протон, нейтрон, пион, гипероны.

Примеры лептонов: электрон, позитрон, мюон, нейтрино.

38. Изучение свойств адронов позволило обнаружить у них особую симметрию. Концепция симметрии как фактора, определяющего существование различных семейств и групп, привела к заключению о наличии у адронов общих структурных элементов, которые получили название кварков.

39. Кварки – это особые структурные единицы, из которых состоят адроны. Мезоны образуются из пары кварк – антикварк, барионы – из трёх кварков. В свободном состоянии кварки не существуют. Кваркам приписывается дробный электрический заряд, спин ½ (кварки – фермионы) и другие квантовые числа.

Кварки бывают шести типов. Каждый из них может находиться в одном из трёх «окрашенных» состояний (условная терминология): жёлтый, синий, красный. Антикваркам приписываются противоположные цвета: фиолетовый, оранжевый и зелёный. Именно кварки содержат переносчики сильного взаимодействия – глюоны.

40. Фундаментальных частиц, представляющих собой основу мироздания всего 17. К ним относятся 12 фермионов (шесть кварков и шесть лептонов: электрон, таон, мюон, электронное нейтрино, таонное нейтрино и мюонное нейтрино) и 5 переносчиков фундаментальных взаимодействий: фотон, глюон, два промежуточных векторных бозона и гравитон (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Фундаментальные частицы

Фермионы Бозоны
Кварки Лептоны фотон глюон
u-кварк d-кварк электрон электронное нейтрино бозон
c-кварк s-кварк мюон мюонное нейтрино бозон Z0
t-кварк b-кварк таон таонное нейтрино гравитон

41. Создана единая теория электрослабых взаимодействий, в которой объединены электромагнитное и слабое взаимодействия. Существует гипотеза о единстве всех видов взаимодействий.

Из нее следует идея объединения сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий в одно фундаментальное, называемая Великим объединением.

В основе такого объединения лежит принцип симметрии, здесь предполагается, что симметрии сильного и электрослабого взаимодействий являются локальными, т. е. элементами единого калибровочного взаимодействия.

Возможным вариантом развития моделей является единое описание всех взаимодействий, включая гравитационное. Такая теория означала бы суперобъединение, содержащее все известные поля, в результате последовательного применения преобразований суперсимметрии.

Источник: https://studopedia.su/19_7990_polozheniya-i-printsipi-kvantovoy-mehaniki.html

Booksm
Добавить комментарий