Л.К. Мартинсок, Е.В. Смирнов - Квантовая физика (1023618), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Эти законы можно разделить на точные, т. е. такие, которые выполняются прн любых взаимодействиях, и приближенные, которые справедливы не для всех, а лишь для некоторых взаимодействий. К точным законам сохранения относятся: 1. Закон сохранения энергии Е. 2. Закон сохранения импульса р. 3. Закон сохранения момента импульса Е. 4. Закон сохранения электрического заряда Д. 5. Закон сохранения трех лептонных зарядов 1.„17„Ц. 6.
Закон сохранения барионного заряда В. Приближенными являются законы сохранения странности, шарма (очарования), четности, изотопического спина и некоторые другие. Так, например, закон сохранения четности, выражающий симметрию между правым и левым, выполняется для сильных и электромагнитных взаимодействий, но не выполняется для слабых взаимодействий. Подчеркнем, что в физике элементарных частиц законы сохранения играют гораздо ббльшую роль, чем в какой-либо другой области физики. Одна из причин этого заключается в том, что, хотя законы сохранения, установленные опытным путем, известны, последовательная теория, следствием которой они должны являться, еще не создана.
Поэтому использование законов сохранения позволяет анализировать даже те явления, физическая суть которых еще не понята до конца. Некоторые нз этих законов сохранения имеют место и в макроскопической физике, но часть из них является новой. 478 Кроме того, в области микромира законы сохранения приобретают новое качество по сравнению с аналогичными законами макромира. В макроскопической физике явление, удовлепюряющее всем законам сохранения, может произойти, а может и не произойти. В микромире любое явление, которое удовлетворяет всем законам сохранения, должно произойти обязательно. Вероятность этого явления может быть очень мала, но если только выполшлотся все законы сохранения, то рано или поздно зто явление произойдет.
Все законы сохранения (точные и приближенные) можно разделить на трн группы. К первой группе относятся законы, связанные с симметрией четырехмерного пространства — времени. Так, закон сохранения энергии Е связан с однородностью времени г, закон сохранения импульса р — с однородностью пространства, закон сохранения момента импульса Š— с изотропностью пространства. Ко второй группе относятся законы сохранения зарядов— электрического Д, лептонных 1,„Е„, 1 и барионного В.
Физический смысл симметрии, связанной с каждым из этих зарядов, пока не выяснен. Можно считать, что каждый из этих зарядов характеризует определенное внутреннее свойство частицы. К третьей группе относятся законы сохранения, выполняемые не для всех, а лишь для некоторых видов фундаментальных взаимодействий: закон сохранения странности, шарма (очарования), четности, изотопического спина и др. Исследование законов сохранения показывает, что разные взаимодействия обладают различной степенью симметрии.
Чем сильнее взаимодействие, тем более оно симметрично, т. е. тем большее число законов сохранения для него выполняется. Подводя итог описанию элементарных частиц, следует отметить, что в этой области в конце ХХ вЂ” начале ХХ1 вв. произошли подлинно революционные изменения: 1. Установлена кварковая структура адронов, в том числе протона и нейтрона. 2. Создана квантовая хромодинамика — теория сильного взаимодействия кварков. Ряд предсказаний этой теории подтвержден экспериментально. 3. Выявлена общая природа электромагнитных и слабых взаимодействий.
Обнаружены частицы, являющиеся переносчиками слабых взаимодействий, — 1г'~- и У~-бозоньь 479 4. Поставлен вопрос о единой природе всех сил (Великое обьединение). 5. Установлена глубокая связь между физикой микромира (физикой элементарных частиц) и физикой мегамира (космологией). Задача 7.5. Движущийся позитрон налегает на покоящийся электрон. В результате аннигиляции возникают два 7-кванта с одинаковыми энергиями, летящие так, что угол между направлениями нх разлета равен и = 90'. Определите кинетическую энергию познтрона. Релтеиие.
Для рассматриваемой реакции аннигиляции электрона н познтрона (рнс. 7.17) законы сохранения энергии н импульса следует записывать в релятивистской форме, так как энергии покоя частиц играют существенную роль в балансе энергии для такой реакции. Рнс. 7.17. Аннигиляция электрона н познтрона Закон сохранения энергии для процесса аннигиляции запишем в виде Е„+ 2всс = 2Е . Здесь Е, — кинетическая энергня познтрона; тес — энергня покоя з электрона нлн познтрона, а Š— энергия у-кванта. Из закона сохранения импульса в проекции на ось х следует, что е р =2р соз —, 2 где рь — импульс движущегося познтрона, а р — импульс у-кванта. 480 Так как связь между энергией и импульсом для позитрона н у-кванта определяется релятивистскими соотношениями р,-ДЕ, г,') р,=Я, то нз законов сохранения энергии и импульса получаем з'~ р с Е„(Е, +2жос ) ~ Е„+ 2асс ) = + ,е ,е соз— соа— 2 2 Отсюда следует, что Е,+2вьс = —.
з Е. 20 соз— 2 Поэтому окончательно выражение для кинетической энергии пози- трона запишем в виде 2еос Е, = —. ,е' ф 2 Так как энергия покоя электрона (и познтрона) равна 0,5 МэВ, то для угла разлета 9=90~ получаем значение кинетической энергии позитрона Е„= 1 МэВ. Заметим, что при Е„~ 0 угол разлета 0 ~180', т. е. при достаточно малых кинетических энергиях электрона и позитрона образуюШиеся при аннигиляции у-кванты разлетаются в строго противоположных направлениях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ При изложении основных элементов квантовой физики — науки, которая коренным образом изменила представление человечества об окружающем его мире, мы хотели, чтобы читатель не только познакомился с основными идеями и законами квантовой физики, но и узнал, как эти законы применяются на практике.
Наша цель заключалась в том, чтобы дать читателю физическое представление о мире, которое, по мнению Р. Фейнмана, "составляет сейчас главную часть истинной культуры нашей эпохи". Бстественно, что в рамках курса общей физики можно говорить лишь о весьма приближенной картине современного состояния квантовой физики. Это объясняется как большой пщротой области применения квантовых эффектов, так и тем, что глубокое усвоение законов квантовой физики требует более полных знаний, в том числе и по математике. Авторы надеются, что первое знакомство с квантовой физикой для большинства читателей окажется полезным в их дальнейшей профессиональной деятельности и вызовет у них желание изучать квантовые явления на более глубоком уровне.
В этом пособии, предназначенном для студентов инженерных специальностей технических институтов и университетов, полезно привести высказывание одного из создателей квантовой механики, английского физика-теоретика П. Дирака, окончившего инженерный факультет Бристольского университета: "...Ббльшую часть своей жизни я прожил как физик-исследователь.
Какую же роль сыграло в моей жизни то образование, которое я получил? Если бы не инженерное образование, я, наверное, никогда не добился бы успеха в своей последующей деятельности..." Такое мнение лауреата Нобелевской премии по физике, которой П. Дирак был удостоен в 1933 г. вместе с Э. Шредингером за создание квантовой механики, позволяет авторам пособия надеяться, что и в ХХ1 в. талантливые выпускники технических университетов, имеющие фундаментальную физическую н математическую подготовку, будут также вносить весомый вклад в развитие физики. 482 СПИСОК РЕКОМКНДУКМОЙ ЛИТКРАТУРЫ 1. Астахов А.В., Широков Ю.М.
Курс физики: В 3 т. Т. 3: Квантовая физика. Мл Наука, 1983. 2. Белонучкин В.Е., Заикин ДА., Цинвнюк Ю.М Основы физики. Курс обшей физики: В 2 т. Т. 2. Квантовая и статическая физика. Мл Физматлит, 2001. 3. БлалинцевД.И. Основы квантовой механики. Мл Наука, 1983. 4. Борн М Атомная физика: Пер. с англ. О.И. Завьялова и В.П.
Павлова; Под ред. Б.В. Медведева. Мл Мир, 1970. 5. Гольдин ЛЛ., Новикова ГИ. Квантовая физика. Вводный курс. Мл Институт компьютерных исследований, 2002. 6. Иродов И.Е. Задачи по квантовой физике. Мл Лаборатория Базовых Знаний, 2001. 7. Иродов И.Е. Квантовая физика.
Основные законы. Мл Лаборатория Базовых Знаний, 2001. 8. Иродов ИЕ. Фюика макросистем. Основные законы. Мл Лаборатория Базовых Знаний, 2001. 9. Капитанов И.М. Введение в физику ядра и частиц. Мл Бдиториал УРСС, 2002. 10. ЛандауЛД., Лифшиц ЕМ Краткий курс теоретической физики: В 2 кн. Кн. 2: Квантовая механика. Мл Наука, 1972. 11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
