| Скачать .docx | Скачать .pdf |
Реферат: Элементарные частицы
Возбужденные состояния поля
«В квантовой теории также есть предел локализации частицы - ее комптоновская длина волны lC = h/2 p mc, ...»
Физическая энциклопедия. ГРАВИТАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.
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:
M = ecR/2 = eh/4pm
(магнетон Бора). Сила тока, создающего магнитный момент:
I = ec/l = emc2 /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.
«... стационарными являются лишь те орбиты, на которых укладывается целое число волн ...»
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:
J = mcR/2 = h/4p
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.
«"Удвоенный магнетизм" спина подтверждается, в частности, опытом Эйнштейна и де Хааза и опытом Барнетта.»
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.
«Рождение электрон-позитронных пар происходит, в частности, при прохождении гамма-фотонов через вещество.»
Курс физики. И.В.Савельев. 1989. Т.3. С.277.
«... замкнутые токи и связанные с ними магнитные моменты.»
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.
«... в виде одиночных вихрей, содержащих в себе по одному кванту магнитного потока. ... По периферии вихря текут сверхпроводящие токи, ...»
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.
«Например, если полю, находящемуся в вакуумном состоянии, сообщить достаточную энергию, то произойдет его возбуждение - рождение частицы, ...»
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).
«Оказалось, что всем частицам вещества, например электронам, присущи не только корпускулярные, но и волновые свойства, и была установлена возможность взаимопревращения элементарных частиц.»
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.
«В таком подходе частицы выступают как возбужденные состояния системы (поля).»
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.
«По принципу Гюйгенса в результате интерференции парциальные волны гасят друг друга всюду, за исключением их общей огибающей, которой соответствует волновая поверхность света, распространяющегося в среде.»
Физическая энциклопедия. ЧЕРЕНКОВА - ВАВИЛОВА ИЗЛУЧЕНИЕ.
«При движении в однородной среде со скоростью V < vф эти возмущения переносятся с телом как единое целое.»
Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ.
«Волны де Бройля - волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, ...»
Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ.
Волны де Бройля - волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, независимо от того, имеет частица массу покоя или нет, т.е. с фотонами также связаны волны де Бройля электромагнитной природы.
«Большая часть нейтронно-оптических явлений имеет аналогию с оптическими явлениями, несмотря на различную природу полей нейтронного и светового излучений.»
Физическая энциклопедия. НЕЙТРОННАЯ ОПТИКА.
«... дифракция микрочастиц ничем не отличается от закономерностей дифракции рентгеновских лучей и дифракции волн других диапазонов. ... удалось наблюдать и дифракцию атомов и молекул.»
Физический энциклопедический словарь. ДИФРАКЦИЯ МИКРОЧАСТИЦ.
«Явление же дифракции доказывает, что в прохождении каждого электрона участвуют оба отверстия - и первое и второе.»
Курс физики. И.В.Савельев. 1989. Т.3. С.55.
«Заряженная частица вызывает кратковременную поляризацию вещества в окрестностях тех точек, через которые она проходит при своем движении. Поэтому молекулы среды, лежащие на пути частицы, становятся кратковременно действующими когерентными источниками элементарных электромагнитных волн, интерферирующих при наложении. Если V < v = c/n, то элементарные волны гасят друг друга. ... Для каждого значения l длины волны излучения можно найти такое значение l = la l , при котором D = l /2, так что элементарные волны гасят друг друга ... при равномерном прямолинейном движении заряженной частицы в веществе с "досветовой" скоростью частица не излучает.»
Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.400.
Также электрический диполь не излучает при равномерном движении, вызывая по ходу движения поляризацию в виде возмущения, которое отражает его полевую структуру. Т.е. движение электрического диполя также сопровождается присоединенной волной.
Равномерное движение заряженных частиц в вакууме вызывает кратковременное электрическое возмущение (смещение) поля в виде токов смещения в окрестностях тех точек, через которые они проходят (поляризация диэлектрического вакуума), т.е. движение сопровождается возникновением электромагнитных волн, которые, интерферируя в окружающем полевом пространстве, гасят друг друга, не излучаясь. Получается, что движение в вакууме (полевом пространстве) связано с волнами, которые не излучаются при равномерном движении. Нейтральные частицы состоят из возмущений поля и также вызывают в окрестностях тех точек поля, через которые они проходят, возникновение волн, которые не излучаются и отражают полевую структуру движущихся частиц. Аналогичные интерференционно-волновые процессы протекают при движении волновых возмущений по орбитам, на которых укладываются целые длины волн (боровские орбиты), т.е. возникающие вторичные волны, интерферируя, гасят друг друга, не излучаясь, на самих же орбитах при синфазном движении волны себя не гасят. Таким образом, волновые образования, от которых вторичные волны, интерферируя в окружающем пространстве, гасят друг друга, не излучаясь, представляют устойчивые возбужденные состояния поля - элементарные частицы, составляющие вещество. Получается, существование элементарных частиц - квантованных волновых образований связано с интерференцией волн, поэтому можно считать, что вещество представляет интерференционно-волновую картину квантового поля.
Частицы при движении обладают кинетической энергией, а так как кинетическая энергия имеет массу и связана с движущимися частицами, то можно считать, что увеличивается общая масса частиц. Кинетическая энергия не имеет массы покоя, так как покоящейся кинетической энергии не бывает. Масса, которая не может покоиться, является релятивистской (кинетической) массой. Фотоны, не имея массы покоя, представляют кинетическую энергию в чистом виде, т.е. плотность кинетической энергии в электромагнитной волне можно рассчитать на основе электродинамики как плотность электромагнитной энергии.
«Таким образом, приращение кинетической энергии частицы пропорционально приращению ее релятивистской массы.»
Механика. И.Е.Иродов. 2000. С.276.
«... называют массой движения, или релятивистской массой.»
Математическая физика. Энциклопедия. РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА.
Масса покоя - это потенциальная энергия. Кинетическая же энергия частицы представляет релятивистскую массу (массу, сопровождающую движение), т.е. это масса (энергия) вихревых потоков поля, которые сопровождают движущуюся частицу в виде присоединенной волны.
«Принято считать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны.»
Физический энциклопедический словарь. МАССА.
При торможении частицы теряют кинетическую энергию (присоединенную волну), например, в виде испускания электромагнитных волн - фотонов, которые уносят массу кинетической энергии. Фотоны не имеют массы покоя - потенциальной энергии, они обладают только кинетической энергией - релятивистской массой. Дополнительной релятивистской массой также обладают движущиеся частицы, имеющие массу покоя, так как при их движении в окружающем полевом пространстве возникают возмущения в виде волн де Бройля (волны всегда обладают энергией), в которых находится кинетическая энергия - релятивистская масса. Природа волн де Бройля электромагнитная (полевая), это видно, например, из формулы длины волны де Бройля l = 2eФ0 /p, где e - квант электрического заряда (потока), Ф0 - квант магнитного потока, p - импульс. Коэффициент пропорциональности h = 2eФ0 (постоянная Планка) упрощает выражение: l = h/p - это формула длины волны электромагнитного кванта, волны де Бройля (электромагнитный квант - порция электромагнитной энергии). Все силы взаимодействия в природе имеют полевое происхождение, поэтому, когда частица под действием силы увеличивает скорость движения, она забирает с собой часть энергии (массы) поля (возмущения) в виде волны де Бройля. Т.е. как бы движутся вместе две частицы: сама частица (имеющая массу покоя) и присоединенная волна де Бройля - электромагнитный квант (не имеющий массы покоя), который может начать распространяться самостоятельно при торможении частицы.
«Поскольку энергия фотона равна разности начальной и конечной энергий электрона, спектр тормозного излучения имеет резкую границу при энергии фотона, равной начальной кинетической энергии электрона.»
Физическая энциклопедия. ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.