yavor2 (553175), страница 106
Текст из файла (страница 106)
обсуждался вопрос о рассмотрении взаимодействия нуклонов спомощью виртуальных и-мезонов. Оказалось, что идеи о виртуальных частицах позволяют понять структуру самого нуклона. Вокруг ядра («керна») нуклона (Л!) образуется облако (атмосфера) и-мезонов (иконная «шуба» керна). Внутри пионной атмосферы находится облако виртуальных К-мезонов. Виртуальное непускание (или погло!цение) К-мезона сопровождается образованием гиперона У .
Помимо этого, вокруг ядра нуклона образуются виртуальные нуклон-антинуклонные пары (й!й!). Последовательное расположение оболочек из пар (!»!»), К-мезонов и и-мезонов вокруг «голого» нуклона показано на рис. 83.13. Кроме того, имеются еще виртуальные фотоны, обусловливающие электромагнитные взаимодействия нуклонов. 454 В нуклоне непрерывно происходят виртуальные процессы испускания н поглощения частиц, и нуклон должен рассматриваться как сложная, непрерывно изменяющаяся композиция виртуальных частиц.
Каждую композицию нельзя рассматривать как особое самостоятельное состояние — они быстро сменяют друг друга. Из опытов по упругому рассеянию пионов и электронов на нуклонах и из сопоставления этих опытов с теорией были сделаны выводы о распределении плотности р(г) электрического заряда внутри нуклона. На рис. 83.14 показано это распределение в протоне (а) и Мг~рйуй.
н гг ~(гуаг Рис. Взд4. нейтроне (б), полученное группой американских физиков в Стэн- форде. И в заряженном (протон), и в нейтральном (нейтрон) состояниях нуклон характеризуется определенными заряженными облаками. В протоне эти облака„складываясь, дают заряд +е„а в нейтроне наложение заряженных облаков дает заряд, равный нулю. 4. Рассмотренная структура нуклона позволяет объяснить наличие отрицательного магнитного момента р, у нейтрона и аномальное значение магнитного момента протона д „(5 80.2). Обратим внимание на то, что магнитный момент протона, равный 2,79 р„, на 1,19 р„превышает значение 1 р„, которое следовало бы ожидать по аналогии с тем, что магнитный момент электрона равен одному магнетону Бора рв.
Магнитный момент нейтрона р „отрицателен: р „= — 1,9 р„, хотя его заряд равен нулю и его магнитный момент, казалось, должен был бы также равняться нулю. Причиной возникновения аномального магнитного момента протона и отрицательного магнитного момента нейтрона является сложная структура нуклона. Считается, что возможен процесс виртуальной диссоциацни нуклона по схемам: ,р',и' -1- и+ и,п',р'+ и-. Теоретические расчеты, использующие экспериментальные значения магнитных моментов протона и нейтрона, показывают, что приблизительно 20% времени каждая из этих частиц находится в диссоциированном состоянии и 80% времени — в «голом» протонном или нейтронном состоянии. В случае протона положительное 455 пионное облако создает магнитный момент, дополниглельный к магнитному моменту керна того же знака, что и приводит к аномальному значению магнитного момента протона.
В случае нейтрона отрипал«еаьное пионное облако создает отрицательный магнитный момент. Прн исследовании структуры нуклона были открыты тяжелые мезоны, в частности эта-нуль мезон (т)'), указанный в табл. 83.2. Представление о структуре нуклона оказывается весьма плодотворным и позволяет, например, объяснить различие масс нейтрона и протона существованием энергий электростатического и магнитного взаимодействий керна нуклона с заряженными обланами.
5. Самая «древняя» из всех элементарных частиц — электрон— имеет структуру. Есть ряд теоретических и экспериментальных данных о том, что электрон также имеет некоторую «атмосферу». Повидимому, электрону можно приписать структуру, аналогичную структуре нуклона. Вокруг центра электрона имеется система оболочек, образованных парами частиц и античастиц (фотонов, электронов — позитронов, пионов, нуклон — автинуклонов и др.). Как видно из табл.
83.1 (стр 442), электромагнитное взаимодействие значительно слабее сильного взаимодействия. Поэтому оболочка в структуре электрона имеет весьма малую плотность по сравнению с нуклонными оболочками. В настоящее время интенсивно изучаются столкновения электронов между собой по методу встречных пучков, для которых характерны сверхвысокие энергии соударяющихся частиц. Эти опыты позволяют уточнить представления о структуре и размерах электрона. Заметим в заключение, что физика элементарных частиц находится в настоящее время в состоянии бурного развития теории и совершенствования экспериментальных методов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В этой книге рассмотрены все важнейшие разделы классической и современной физики. При изложении основных физических идей, методов и результатов мы стремились показать, что между классической и современной физикой нет глубокой пропасти и разрыва, что физика представляет собой непрерывно развивающуюся науку, в которой одни физические идеи„теории и результаты закономерно сменяются другими. Начиная с изучения ньютоновской механики и теории относительности, мы последовательно рассмотрели основы термодинамики и молекулярной физики, электродинамику, колебательные и волновые процессы, включая учение об электромагнитных волнах и оптику.
При этом мы стремились показать, что идеи специальной теории относительности пронизывают всю современную физику и позволяют по-новому осветить многие разделы классической физики. С самого начала курса мы стремились показать, что в атомном мире существуют определенные ограничения для чисто классического описания микрообъектов.
Существенное место отведено современной физике атомов и их объединений в молекулы и кристаллы, а также основам ядерной физики и физики элементарных частиц. Все построение современного курса физики представляет собой последовательное и непрерывное углубление сведений о явлениях природы, о законах, которые управляют процессами, происходящими в окружающем нас мире. Изучение механики происходит на макроскопическом уровне.
Следующий, молекулярный уровень изучения явлений позволяет изучить особенности поведения атомов, молекул и их совокупностей. Молекулярная физика с ее своеобразным сочетанием статистических и термодинамических методов является первым шагом на пути углубления в микромир. На молекулярном уровне изучения физики уже приходится встречаться с необходимостью в некоторых случаях отказаться от методов, применяемых в макрофизике.
С методологической точки зрения в этом нет ничего неожиданного. Переход к новым количественным масштабам с необходимостью приводит, как учит диалектический материализм, качественно к существенно иным закономерностям. В микромире должны действовать иные законы, чем в макромире. 457 С полной очевидностью этот вывод подтверждается в электро- динамике, где изучаются явления, объясняемые поведением заряженных частиц — электронов и ионов в вакууме и веществе. Здесь рассмотрение проводится уже на внутримолекулярном уровне.
В классической электродинамике за длительный период ее развития установлено большое число законов, описывающих различные явления электричества, магнетизма и оптики. Именно в этой области физики при изучении взаимодействия электромагнитных полей с веществом вскрылись недостатки чисто классического описания. Достаточно вспомнить, что описание взаимодействия теплового излучения с веществом с помощью хорошо развитых методов классической теории излучения, классической статистической физики и электронной теории привело к появлению квантовых представлений. Изучение электрических свойств твердых тел — металлов и, в особенности, полупроводников оказалось невозможным при использовании только методов классической физики.
Таких примеров недостаточности чисто классического описания было приведено много. Однако в области электричества, магнетизма и даже взаимодействия света с веществом классические методы в соединении с идеями специальной теории относительности в ряде случаев приводят к правильному объяснению многих фактов и закономерностей.
В этом находит свое выражение органическая преемственность и связь классической и современной физики, отсутствие между ними «китайской стены», которая разделяла бы физику на «классическую» и «современную>. Исследования свойства строения атомов, молекул и твердых тел на основе методов квантовой физики, изучение атомного ядра и элементарных частиц — все это достижения физики двадцатого века. Они оказались возможными прежде всего благодаря быстрому развитию современной техники физических экспериментальных исследований. В первой четверти нашего столетия были созданы теория относительности и квантовая механика. В этих важнейших направлениях физической науки найдены те особые законы, которыми управляется микромир движений со скоростями, близкими к скорости света. Общая теория относительности позволила физике охватить своими методами изучение мегамира — звезд, галактик и других объектов.
В настоящее время квантовая механика и теория относительности — это не только теории„позволяющие проникнуть в сокровенные глубины явлений, происходящих в окружающем нас мире. Теория относительности уже давно является основой для получения расчетных, инженерных формул ускорительной техники и теоретической основой ядерной техники и атомной промышленности.
Квантовая механика успешно применяется к расчетам ядерных реакторов, электронных и полупроводниковых приборов, квантовых генераторов и усилителей. Все ь большей степени квантовая механика становится основой многих областей современной техники„ входит в инженерную практику. 458 Основные идеи теории относительности и квантовой механики кажутся при первом знакомстве с ними необычными, противорсчащими тому, к чему человек привыкает в повседневнои жизни. Сложившееся традиционное обучение физике в школьном курсе во многом способствует тому, что новые идеи трудно усваиваются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
