2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* icon

2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира*



Название2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира*
Дата конвертации17.07.2012
Размер113.42 Kb.
ТипДокументы

2.2. О НЕКОТОРЫХ ПОНЯТИЯХ,ЯВЛЕНИЯХ
И ПРОЦЕССАХ ФИЗИКИ МИКРОМИРА*.


Аннигиляция. При столкновении частицы с m = 0 с ее античастицей возможно их уничтожение - аннигиляция, при которой обе частицы превращаются в кванты поля, соответствующего виду взаимодействия этих частиц. При аннигиляции электрона и позитрона возникают кванты электромагнитного поля - фотоны, при аннигиляции нуклона и антинуклона - -мезоны и т.п. Число квантов при аннигиляции определяется законами сохранения электрического заряда, нуклонного заряда, энергии и импульса. Вероятность данного вида аннигиляции зависит также от направления спинов частицы и ее античастицы. Однофотонная аннигиляция электрона и позитрона возможна только вблизи какой либо третьей частицы (ядра). При нерелятивистских скоростях движения электронов и позитронов большую вероятность имеет задержка аннигиляции с образованием метастабильной системы- позитрония. Наиболее распространена двухфотонная аннигиляция, возможна - трехфотонная и некоторые другие формы.

^ Рождение частиц. Обратным аннигиляции процессом является рождение частиц и их античастиц из квантов поля, когда энергия последних достигает величины 2m0 с2. Для электронно-позитронной пары эта энергия составляет 1,11 Мэв. Расчетная наименьшая энергия, необходимая для рождения протон-антипротонной пары в системе координат, где один нуклон покоится, равна 5,6 Гэв.

При практическом осуществлении получения этой пары за счет внутреннего движения нуклонов ядра мишени и других эффектов наименьшая энергия для рождения этой пары снижается до 4,3 Гэв.

Примечание: * в этом разделе сведения даны в интерпретации общепризнанных физических теорий для более наглядного сравнения с положениями предлагаемой теории.

Процессы рождения и аннигиляции частиц и их античастиц формально объясняются теорией Дирака как результат взаимодействия частиц и вакуума. Вакуум представляется, как энергетическая зона, заполненная целиком фермионами, верхний энергетический уровень которой имеет энергию - m0с2. Фермионы, находящиеся в вакууме, при их энергии менее m0 с2 необнаружимы. При сообщении частицам в вакууме энергии большей или равной 2m0с2 они переходят через запрещенную зону и становятся наблюдаемыми.

Под вакуумом в теории элементарных частиц понимается основное, наинизшее состояние полей, описывающих в релятивистской квантовой теории соответствующие частицы. Это понятие вакуума отличается от представления о вакууме, как состоянии газа при давлении меньше атмосферного.
Считается, что в состоянии вакуума поля совершают нулевые колебания, которые рассматриваются как состояния с виртуально возникающими и исчезающими фотонами, электронно-позитронными парами или другими парами частица-античастица. Взаимодействие внешнего электромагнитного поля с нулевыми колебаниями вакуума вызывает неоднородность в пространственном распределении общего заряда виртуальных пар, что приводит к поляризации вакуума. Поляризация вакуума проявляется на малых расстояниях, имеющих порядок комптоновской длины волны частиц, соответствующих данному полю.

^ Структура элементарных частиц не может быть описана наглядными геометрическими представлениями. Эта структура, по видимому, не является стационарной. С одной стороны, она определяет вид взаимодействия данной элементарной частицы с другими и проявляется в этом взаимодействии. С другой стороны, эта структура является отражением всех взаимодействий, которые частица испытывает в данный момент времени. Экспериментальные данные указывают на то, что в нуклоне имеется центральная часть - ядро или керн нуклона, размеры которого оценивают в 10 -16 м. Вокруг ядра нуклона образуется облако  -мезонов (пионная атмосфера). “Внутри” пионной атмосферы находится облако виртуальных К-мезонов. Вокруг ядра нуклона образуются виртуальные нуклон-антинуклонные пары, виртуальные фотоны. И в заряженном (протон), и в нейтральном (нейтрон) состояниях нуклон характеризуется определенными заряженными облаками. В протоне эти облака, складываясь, дают заряд, равный , а в нейтроне наложение заряженных облаков дает заряд, равный нулю. Указанная структура объясняет аномальный магнитный момент протона, равный 2,9 яд и отрицательный магнитный момент нейтрона, равный - 1,9 яд. Причиной возникновения аномального магнитного момента протона и отрицательного магнитного момента нейтрона является сложная структура нуклона. Считается, что возможен процесс виртуальной диссоциации нуклона по схемам:

1p1 = 0n1 + и 0n1 = 1p1 + 

Теоретические расчеты показывают, что приблизительно 20% времени каждая из этих частиц находится в диссоциированном состоянии и 80% - в “голом” протонном или нейтронном состоянии.

^ Стабильность античастиц. Способность к быстрому воссоединению со своей частицей является особенностью античастиц - позитронов, антипротонов и антинейтронов. Встречаясь со своими “партнерами по паре”, античастицы воссоединяются с ними и перестают существовать, вызывая рождение новых частиц и полей в соответствии с законами сохранения. Стабильность частиц и нестабильность античастиц условна. В вакууме античастицы столь же стабильны, как и соответствующие им частицы.

^ Дефектом массы называется разность между массой атома, измеренной в а.е.м., и массовым числом атома. В общем случае под дефектом массы понимается разность масс вещества до и после реакции. Считается доказанным, что явление дефекта масс сопровождает любые реакции, идущие с выделением или поглощением энергии. Если масса вещества до реакции больше, чем после нее, то реакция идет с выделением энергии. Если масса вещества больше после реакции, чем до нее, то реакция идет с поглощением энергии. Явление дефекта масс сопровождает не только ядерные или термоядерные реакции, но и реакции окисления и многие другие.

^ Изменение массы. В квантовой механике считается доказанным, что масса частицы (с массой покоя не равной нулю) увеличивается с увеличением ее скорости движения. При v c, m . Масса и скорость движения частицы связаны соотношением m2 = m02 /(1- v2/c2). То есть, при увеличении скорости частицы ее масса увеличивается, а при уменьшении скорости - масса уменьшается. Объясняется это законом взаимосвязи массы и энергии E = mс2.

В релятивистской механике несправедлив закон сохранения массы покоя. Например, масса покоя частицы, способной к самопроизвольному распаду, больше суммы масс покоя продуктов распада. Теория относительности объясняет изменение массы с изменением скорости изменением кривизны пространства - времени вокруг движущегося объекта.

Гравитация. Тяготение между телами осуществляется через гравитационное поле (поле тяготения), которое, наряду с другими физическими полями и веществом, является одной из форм материи. Отличительная особенность гравитационного поля состоит в том, что на помещенную в него материальную точку действует сила тяготения, прямо пропорциональная массе этой точки. Векторной характеристикой гравитационного поля является его напряженность g, которая равна отношению силы тяготения F, действующей на материальную точку, к величине ее массы m :

g = F/m.

Существует формальная аналогия между гравитационным и электростатическим полями, являющаяся результатом внешнего сходства между выражениями для силы взаимного притяжения двух материальных точек и силы электростатического взаимодействия двух точечных зарядов.

Современная теория тяготения, основанная на теории относительности (общая теория относительности), представляет собой объединенную теорию пространства, времени и тяготения. Согласно этой теории геометрические свойства (метрика) четырехмерного пространства-времени не являются неизменными, а зависят от распределения в пространстве тяготеющих масс и их движения. Массы, создающие поле тяготения, “искривляют” реальное трехмерное пространство и по разному изменяют ход времени в различных точках этого пространства, то есть вызывают отклонения метрики пространства-времени от метрики “плоского” пространства-времени, описываемого геометрией Евклида и рассматриваемого в специальной теории относительности.

Вследствие “кривизны” пространства-времени геодезические линии в нем не являются прямыми. Соответственно, материальная точка, подверженная действию гравитационного поля, движется в реальном трехмерном пространстве не прямолинейно и не равномерно.

Для гравитационных полей не выполняется принцип суперпозиции, он приближенно верен лишь при наложении достаточно слабых гравитационных полей, к которым применима нерелятивистская теория.

Время, отсчитываемое по часам, движущимся вместе с системой, называется ее собственным временем. Из формул Лоренца следует связь между промежутком собственного времени dt` и промежутком времени dt в системе отсчета, относительно которой рассматривается движение со скоростью V:
dt` = ds / c = dt 1 - v
2/c2. Собственное время, отмечаемое движущимся наблюдателем, всегда меньше, чем соответствующий промежуток времени в неподвижной системе. Для неподвижного наблюдателя движущиеся часы идут медленнее неподвижных.

Пример. Среднее собственное время жизни положительного -мезона составляет 2,20 .10 -6 сек. Средний путь такой частицы, движущейся со скоростью, близкой к с, должен составлять в воздухе 600 м. В действительности средний путь в воздухе -мезонов значительно больше, потому что среднее время жизни, измеренное в неподвижной системе, связанной с Землей (воздухом), значительно больше 2,20 .10 -6 сек.

^ Электрическое поле. Согласно теории близкодействия взаимодействия между частицами вещества и удаленными друг от друга макроскопическими телами осуществляются через посредство физических полей, которые создаются этими частицами или телами в окружающем пространстве. Поля столь же материальны, как и их источники - частицы и тела. Представление о физических полях тесно связано с конечностью скоростей распространения в пространстве изменений любых взаимодействий. В специальной теории относительности утверждается, что эти скорости не превышают скорости света в вакууме с = 3 .1010см/сек.

Взаимодействие между неподвижными электрически заряженными частицами или телами осуществляется посредством электростатического поля, представляющего собой стационарное электрическое поле, создаваемое неподвижными зарядами. Оно является частным случаем электромагнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами, которые в общем случае могут произвольно двигаться относительно системы отсчета. К электростатическому полю применим принцип суперпозиции. Для этого поля (если в нем имеются диэлектрики) различают два вида зарядов - свободные и связанные. Связанными называют заряды, входящие в состав атомов и молекул диэлектрика, а также заряды ионов в кристаллических решетках диэлектриков с ионной решеткой. Все остальные заряды называются свободными (электроны проводимости в металлах, ионы в газах и электролитах, избыточные заряды, сообщенные проводящему или непроводящему телу и т.д.).

^ Магнитным полем называют одну из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которой является то, что это поле действует только на движущиеся электрически заряженные тела и частицы, а также на намагниченные тела независимо от состояния их движения. Магнитное поле создается проводниками с током, движущимися электрически заряженными частицами и телами, намагниченными телами, а также переменным электрическим полем. Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции В. В однородном магнитном поле, перпендикулярном к направлению скорости движущейся заряженной частицы, последняя под действием силы Лоренца движется по окружности постоянного радиуса в плоскости, перпендикулярной к
вектору В. Радиус окружности прямо пропорционален массе и скорости частицы и обратно пропорционален ее заряду и вектору магнитной индукции поля. Заряженная частица, вектор скорости которой не перпендикулярен вектору магнитной индукции, движется по винтовой линии, а если движение происходит в неоднородном магнитном поле, магнитная индукция которого возрастает в направлении движения частицы, то радиус витков и шаг винта уменьшаются по мере увеличения В.

^ Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что в проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникает электродвижущая сила индукции, численно равная и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток уменьшает те изменения магнитного потока, которые вызвали появление индукционного тока, и не зависит от способов или причин, вызвавших изменение магнитного потока, охватываемого контуром.

^ Ядерные модели. В теории ядра широко используется модельный подход. Число моделей ядра очень велико. С их помощью описываются свойства ядра и ядерные реакции. Здесь будут приведены только основные.

^ Гидродинамическая модель. Согласно этой модели, ядро представляет собой каплю заряженной жидкости (с плотностью, равной ядерной). Поверхность в ядре может колебаться. Если амплитуда колебаний будет нарастать, то капля развалится, т.е. произойдет деление ядра. Из-за сжимаемости ядерной жидкости могут возникать колебания плотности.

^ Оболочечная модель. Существование “магических” ядер позволяет предположить их оболочечное строение. Эта модель предполагает независимое друг от друга движение нуклонов в некотором среднем потенциальном поле. Потенциал зависит от расстояния до центра ядра. Нуклоны в таком поле находятся на определенных уровнях энергии. В основном состоянии они заполняют нижние уровни. Группы близких уровней образуют оболочку. При возбуждении ядра нуклон переходит из занятого уровня на свободный, с большей энергией. Противоречит гидродинамической модели.

^ Обобщенная модель. Ядро состоит из внутренней устойчивой части - остова, образованного нуклонами заполненных оболочек, и внешних нуклонов, движущихся в поле, образованным остовом. Остов может менять свою форму под влиянием внешних нуклонов, что приводит к изменению поля и изменению формы ядра (эллипсоид вращения).

^ Сверхтекучая модель предполагает, что пары протонов и пары нейтронов с равными и противоположно направленными моментами количества движения находятся в связанном состоянии.

^ Статистическая модель вводит зависимость плотности уровней от энергии.

Оптическая модель применяется для описания рассеяния частиц на ядрах.

^ Модель составного ядра предполагает возможность образования долгоживущей системы “ядро+нейтрон” и передачи всей энергии нейтрона всем нуклонам ядра.

^ Модель прямых ядерных реакций предполагает, что налетающий на ядро нуклон взаимодействует только на один или на ограниченное число нуклонов.


Пространство Минковского, четырехмерное пространство, объединяющее физическое трехмерное пространство и время; введено Г.Минковским в 1907-1908 годах. Точки в пространстве Минковского соответствуют “событиям” специальной теории относительности.

Положение события в пространстве Минковского задается четырьмя координатами - тремя пространственными и одной временной. Обычно используются координаты:

x1 = x, x2 = y, x3 = z, где x, y, z - прямоугольные декартовы координаты события в некоторой инерциальной системе отсчета, и координата x0 = ct, где t - время события, с - скорость света.

Из специальной теории относительности следует, что пространство и время не независимы: при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой пространственные координаты и время преобразуются друг через друга посредством Лоренца преобразований. Введение пространства Минковского позволяет представить преобразования Лоренца как преобразование координат событий x1, x2, x3, x4 при поворотах четырехмерной системы координат в этом пространстве.

Своеобразие геометрии пространства Минковского определяется тем, что расстояние между двумя точками (событиями) определяется квадратами составляющих четырехмерного вектора на временную и пространственные оси с разными знаками. Вследствие этого четырехмерный вектор с отличными от нуля составляющими может иметь нулевую длину; это имеет место для вектора, соединяющего два события, связанных световым сигналом.

Геометрия пространства Минковского позволяет наглядно интерпретировать кинематические эффекты специальной теории относительности (изменения длин и скорости течения времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой) и лежит в основе современного математического аппарата теории относительности.


на главную страницу к содержанию


вперед назад







Похожие:

2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconПриложения
Наиболее наглядно эффективность последовательного применения законов классической физики в области микромира можно продемонстрировать...
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconОб использовании некоторых бытовых приборов в качестве демонстрационного оборудования для уроков физики

2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* icon6. Протон – основная частица микромира
Попробуем для начала понять, как устроен протон – основная частица микромира во Вселенной
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconЧестная педагогика. Постановка вопроса
А оставшаяся третья часть учащихся может освоить учебную программу только частично. То есть, в зависимости от состава класса, в некоторых...
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconУчитель физики муниципального общеобразовательного учреждения гимназии №11 г. Ельца
Маргарита Викторовна активно участвует в работе областных и городских семинаров учителей физики по проблеме «Организация учебно-исследовательской...
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconПобедитель конкурса лучших учителей пнпо в 2008 году Попков Дмитрий Александрович Учитель физики моу сош п. Маяк Елецкого района Липецкой области Член ассоциации учителей физики Липецкой области
Дмитрий Александрович имеет несколько печатных работ в методическом издании – газете «Первое сентября. Физика» по темам: «Дифференцированный...
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconПроизошедшие компиляции в pseudo-nostradamique литературе
Было бы необходимо спросить себя о праве на существование чистых источников в Центуриях и в Эпистолах "centuriques" (Цезарю и Генриху...
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconСеминар для учителей физики «Преподавание физики в профильной школе по умк в. А. Касьянова» с участием
Липецком областном институте развития образования состоялся семинар для учителей физики «Преподавание физики в профильной школе по...
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconДокументы
1. /Сравнительная политология в терминах и понятиях (Бутенко, Миронов).txt
2 о некоторых понятиях,явлениях и процессах физики микромира* iconСеминар для преподавателей физики Липецкой области «Программно-методическое обеспечение преподавания физики в 2009/2010 учебном году»
Липецком институте развития образования проводился областной семинар для преподавателей физики Липецкой области
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов