Г.А. Миронова - Конденсированное состояние вещества - от структурных единиц до живой материи. Т1 (1119317), страница 5
Текст из файла (страница 5)
3 деыангарныа чпагнны Поц элемент»рной чжтицей в юшссической физике всегда понимнлась неизменна» д недели»»» (на данном эванс развития науки) шсть вешестае. С развитием квантовой механики клааснчаскае представление аб элемеювриых гаспямх сильно изменилась. Ва-лереих, »»ментарная частица — зта часнзцз, пра«вляюша» корпускул»риые и гюлновые саойспм. Во-аглорих, различные чашицм могут шавмно преврашнться друг в други, что «влштсл лроншшниеьг взаимадсйсзвин мпклу ними. Н ыарелгьих, развитие теории по»зало закис, что бгшьш испи час»на, счншашикся элементарными, неделимыми вя самом деле состоят нз ° ростейшиь, безразмернык, точечнмк (до Ю 'ем), ис нлгсюшнх туцмн.
ней сгруктуры абьсктов, называемых фузшнмеитальныма часпщяма. В настоя»ее време ювют«о около 350 элемсзпар них чаатиа. 1.1.1. зины элем»парных часпга Цгунцаментельиые честили подраздел»«пса на три лотленая. Обычное (земное) вещества сасюнт из»та из фундаментааьнмх ч»стиц и«рното пако»сии», к которому апюсятся квнрки («- и Я-гнив) ил«итоны (е— электрон и н — нейтрино). За аткрьпия, связанные с тасснф ими«ей злементарзых ч»спгн и их вшнмадашлвии (типам:ю «нарко») Гелп-Ману (США) в 1969 г. приауашена Наболела»я прсмн», Кварки — точечные (размер <1О ' ам), бессгрукгурные фунтменгтьные чвстнлы, аблалаюшис «гласа(Ь аз»матс элементгрныьп| сасшвлцогцими яасх «про«юг бар«оно» н мсзонав (табл.
1 — 1). Кварки характсрзгнются несколькимн «ваню»ими чваламн, в там числе слнноы (/2. дрсбным эле«три»секим зФяаом, «рапшм О/3)е (е — заряд з»сктрона) Кроме эл»прических зари»о« «варки в»я«ноя обладателями зарялов агшмюю поня, казорьге им»ат трн равноправные разновидности, называемые цветом киарков «р сж .и. лыеяыы и с«лю . Таким обратом, кварк япляшс» цветной частицей. Цвет обеспечивает необходимую аитисимьгетрию еолноеых функций «Л]ЮНОВ Все чястишя имеют сноп анпшастицы.
которые обшшиот такой же массой. санном, временем жизни. ио стлнчшош» эншсм эарялв (илн энв. ком лруго о параметра). Таб еа 1-1. ]ле гпп «рамс чаши!ш. Сн юлы с иртаэ сверку сбоэичапт и ~ типы.3 р дыля ь я линие «чила элекгроиа,мвс ы — «э ерш!и с. ск ь сд а еж 1»чг'). '1«оргии Б ]мэб 10ьтб соответствует ацэ шс = Б/г 1.7«3.10 ч «г. Меюнм состою ш кшрко«и юге»марков. Вдрионы. к юторым атно. ш ге» нуклоны (протон и иойтронй шжюш иэ трек цветцык ка«рксе. Про. тян состоит ю двук н-к«ярков с шрэдом (ч(а/3)е! и о«1»по Фгшвршг с шрялом ( (1/3]е ), шк что ышшрическнй заряд протона равен гю шднчннс шр лу электрона: 2.(2/3) е ь (-1/3)е е, а иейтрам — нэ одного кк»ор«а и «чуя '-кваршгц тс есть э»вюрш!вски щйт]шлеп: (2/3)ее э 1-1/3)е О.
Кнарки, ссспшлгцошнс цудяон.], имеют раэиыс шшта. Смешение асс» трех н«еюл, нм в оптике. Фшт белый шшт. Поэтшоу трн кварк» ршно!о шюте. обратив цуклон, делают сто бс»циапш!ы В шйл, 1-1 приведены хвракто. рлстики нскоторьа( чшзнгь ошцдвднхой «двптшпм, Гжриснам Отротон и ггэйцшн), а таю«в, дла дримеря, к мяшийц.
Перснссчиьамя оидьного (шютоеого) шаиыодейшаия макну «аар!ш. ми, «скленшшкдимн» кварки межлу собой в пречоне и гпйтршш, вмшотся глиюмы (ог аныг. Оше - — южй). Глюонм — беэмцссоаыс чвстнцьк не имеют щеьтрнчсского таряля, на обладают ирнювмм шрллом. При вшнмо. вействии с кеаркамн кажлый глюон изменыз цыпа срюу двук кеаркаш и исп]окаюшего, и поглшцаюшега Пэ.
1. Эгежеяшд!мне чагшыгы. Аглоны Одиночные «»арки не нвблюланжся. Это, по-внлимому, с«ажно сс сдецификой в»а«моде«стеня каарков по сравнению, напрг!мер, с элегэроиягнигвым азаамодействием зарядов (см. п. 1.1.5). Прн элешроьшшнтном вталиолейсл ии, ссушестевясмом тв счет сбмсна виртуальными фотонами, силовые линии веерсобрэяно расходятся от заряда, посьтшьку фотоны, »спущенные алнсвременгю испмннксм, ис юаимодсйствуют друг с другом, что приволит к закону Кулона. Во нэаимолсйствни «варков принимают у пот ив глнюны, обледаюшие цветными авралами н сил ыю вэаиьюлсйсгвуюшне лруг с лр]том.
В результате сиэсамс лмнин меж«у кеэрком и -и антик»архон стдпшаются в утки« жгут На ршстсяниях меньше 1О см сила цштгюгэ »арала маги н кварки в этой области аелут себя как слабо вгаииолейстеуюшне своГюлные часгипы. Это явление ивзыввется асимптотической своболой «парке« ив малых расстояниах. При увеличении расстояния силы вшимодействия растут, глюоны стаионятся источннкамн новых глюогюв, чисгю истормх у«еличвнштся при улнлевии от «@арн» На рвсстояивнх Гюльше 1О->тем силы ориг»жена« между кварками постигают колсссалыюй величины порядка 20 'гони (1) и псрестмот завить ог' расстояни». Ппетныс силы в 10» раэ превышают электромагнитные и е тьнлчи рю — ядерные (снлы «эаимодействня меж«у нуклоиами). Кварки динамически шшэаиы и эаклнжены внутри адронов.
О сушссшоюиии кварков убедительно свидетельстаунж эксперименты ло рэссеяншо лепш. исв на алронах. За теорию вэашчолейстпия кварков и от«рьпве асимптотической шюГюль! ««арко« аиериканскнм фнтикам Д Гроссу, Д. Псжплц у и Ф. Виль«оку в 2004 галу лргшужлена Нобелевская ирены». Распределение гшотиосги электрическою заряда в п]ютоне в парном лриближснви имеет экспоиенцнальный вид. 11(г) .= П, ехр(-г/а) (1 1) (ре и и — юлик«ты), нт кпгсрогс следует, что протон не имеет резко очерчснньш гранью. Однако практическа аесь заряд соср лоючен внутри @гара радиусом -1О м. Нейтрон, также «ак и прогон, нисе~отличный от нуля магнитный момент. В сват«ином сосни«ни в сост«нестабильных ядер время житии нейтрона прсяьппыж 10 т лет (сраннкго со временен житии в свободном состоянии, табл. 1-1).
Масси лепт»нов, к катерин относятся и электроны, ш пс раьнснию с массой адронов. Э«ситрон был открыт в колее Х!Х в. английским физиком Дж. Томсоном. Он стабиясн. Вместе с атомы,!ми ялрвми электроны образуют еьч атомы Периодической системы Д.Н. Меншлеена. 1Л.2. Соврсменняи концепции элеисгпврнык частиц.
Кваггговыс пол» Эшментериые часгнлм облэдаиж одновременно корлускулярнымн и еллноеыма свойсшамн (см. О(.2), то есть ошюэшютсе, с одной стороны, Ч»< РЬ< !л ! Эл иентщым чаг ««ы А Оим 31 рсмя каордииатамв. «Зк частицы. и с крутой стороны, вюноаай фунънисй, кшарая сч«таешя э»«виной, если известим ее зна енин в «ажю<г тачке гшостранства в любой моиент времени. Корпускулярнме и волновые «ОЬлэ«истиц юаньою заполня«« круг друга н пшька си«местно дают пр лета«псине о частице, ее поведении, взаимо«с«с!вал с яру!ими частицами и шжяин Огкрьпие корлускуляриых сво<ж ш света (злектромапгитипга полл! н со«новых с«айсгн элементарных частиц (электронов и гий!Ронов) пр «ело к солремеинай концепции элементарны» чветип, разе ой в теории квантового паля, которая была сошана в конце 20-х годов прошлого «ека в результате сбъелиленил апепншыюй теории отнааигельиасп! н как! и а«о« механики.
Квантовое палс харакгоризуетсл бесконечным числом и«леней а«ободы. Ел» юлиога описания пол», например элеюромапгнтнага, в некоторый о !снг времени, требуется задание налрюксниастсй электрическою и магнитюго полей в каждой тачке нрасгранатва. Элементэрньи нозбужления квантовых нолей, та ее» «ванги энергии этих полей, апре«ел»- ются «ак зле снтлриые частицы.
Каъдому сорту частнд ияи класси«ее«ям поый соатаетствуег определенное кнантозае поле в четмрехмергюм пространстве-времени. Например. фон!нам — электрамшинтнае полг. э.жктронам и лазитранам— электрон-позитроинае поле, мозонам — мазанное. Элементарним акгом нсякога нзапмодейтвия оганов!пса вшимоле<тешие соатзетспгуюших ж",лей в олиой точке прхтранстка-времени. На «арпускуляриом языке кшимолействне — зто лоыльиае и мгноленнос преврашеиие одних чаамн в другие.
1.! .3. Низ!псе энергетическое состояние (вакуум) клаитовою паля. Внртуальиыс чаегины Кванта ае поле является динамической светаю«, которая может на. ч литьсн «различных импульсно-энерютическнх са«таяниях. Нгпшсе эиергеп!чссксе состояниа. основное состояние к«антовых пален, аблаааю!цее минимкеьнай энергией, импульсом, зарядам н тфутими кеантовымн чгкламн, назмаается ваку)ыам. В лакугъм отсутствуют шкив-либо реальные (долгажилушие) частиом Плавно вакуум «живет «то вать в нем впжюжим флуктуаони — кратковременные яазбужленш, иазмэаемме виртуальными частицами.
Возможвг«гь кратко«теменного сушестаоэанн» виртуачьнмх <нромежугачнмт) частиц являем» следствием «аантояо-мехнничсакога аоот«ошанин неопрелеленносюй: ЕЕ бг > й . 0.2) Саоп!Ошенне <1.2) допускает изменение энергии пол» на величину ЕЕ (то ссп появление частиш,ф а следов«тельно, излучение и пагяошение кнантов поля при услонии, что зти кезина существуют е течение промежутка «<смени бг>й<ЕЕ. Поэтому виртуальной частнлей мшкно считал часп,цу, срелияя энергия «оюрой порялка иван!азой «сааре»ел«ннасти ей энергии.
При появлении виртуальных чытин закан сохранения энергии ис «мпазняегся. Поскольку соотношения неолреылеиностсй Гайзенберга лля энергнп и имнулыа яцш!вся независимыми, та энерпгл и импульс виртуальной член!им могут оказатьс» никак не «арро»пров»пи между собой и не осот«стет«0«ать пютношению, связывающему энергию и импульс: Е=сч<гюР ч Рз . (1.3) Это свойство я«ласте» отлкч ьи л изнаком и т тьиых частиц В качестве причерв Пжсмо!Рггм флуктуации, возникающие в электрамагн«тном манговом поле в состоянии физического вакуум Напрямсннгжть чаетпромапопнаго поли, а значит и его энерпм а какай-то области прошранства, на о юиь короткое врем» мажет сыть Отличной От своего среюм! а (и\аж«ого) значения.
Талие «мигания» пол» назмжнотс» квантовыми флуктувциями жчи нулевыми колебаниями злекгромлгнитнаю полл. Вакуум «кшнпь: в нем непрермвгю ражданпся и оапйжют короткоживущие виртуальные чаю пци, л данном слу же — фага им. Ипюистююжть вакуумных флуктуаций измен»ели л рез) льтате взаимодействия паля с лнешнимн полями и за- рнпшц Это приводит к эффектам поляризации вакуума и, в частности, к отклонению потенцна»а 9( ) точечнога зарыв !2 от закона Кулана <2<г (зз счет экранировки вирту- ф ф~ шаны ми дило ляпну я гр(г)-<))г ((2п<г) 1н(г,<г) (1.4) 1ЩФР ° ~ЕЦ при г к г — д)(л(р) 3,9.10 'гсм.
Здесь фф~~ф Я! е — камптоновскаи »змие волны элек. тра!и, апрелеляюшая «ечнчину изменения ллинм «алим фотона прн рассеянии на па- «ОЯШСМСЯ ЭЫЮРОНЕ, »е — МаССа ПОКГИ РНС. 1-1. Э«РЭНИ«азш ПШЮ- электрона, п=ег/(йс) =(<132 — постоянная ъи е '«г"а вчз л 1! юшжг ззллсннммн ыкуу н и затонкой структуры. Фасон, напушеинмй дробным Зя(идам, гцлозьзгеммм лля измерения поля тачечиага заряда <), мпжет прс«Рвтитьсн н виртуал»и)ю электрон-нанпранную пару, которая, образуя эффективный внртуальамй диполь, акр«пирует иоле точечною заряла () В Результате маклая свободная (ияи слаб!к вязанная) элементарная час пг- члСТЕ 1 ги аюзыюется одетой в шубу нз виртуальных частиц н акт«вляст с ней лннос пслае — наблюлаемую эюментгргпю чанг«цу (рве.1-1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
