Примеры статей
Спин
Спин (от англ. spin - вращаться, вертеться.), собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. (При введении…
Бозон
Бозон, бозе-частица, частица с нулевым или целочисленным спином. Б. подчиняются Бозе - Эйнштейна статистике (отсюда - название частицы). К Б. относятся световые кванты - фотоны (спин 1), кванты поля…
Чётность
Чётность, квантовомеханическая характеристика состояния физической микрочастицы (молекулы, атома, атомного ядра, элементарной частицы), отображающая свойства симметрии этой микрочастицы относительно…
Мультиполь
Мультиполь (от мульти... и греч. polos - полюс), характеристика системы электрических зарядов ("полюсов"), обладающей определённой симметрией. Создаваемое системой электромагнитное поле, статическое…
Зарядовое сопряжение
Зарядовое сопряжение, операция замены всех частиц, участвующих в каком-либо взаимодействии, на соответствующие им античастицы. Опыт показывает, что сильные взаимодействия и электромагнитные…
Планк Макс Карл Эрнст Людвиг
Планк (Planck) Макс Карл Эрнст Людвиг (23.4.1858, Киль,- 4.10.1947, Гёттинген), немецкий физик-теоретик. Родился в семье юриста. Учился в Мюнхенском (1874-77) и Берлинском (1877-78) университетах;…
Планка закон излучения
Планка закон излучения, формула Планка, закон распределения энергии в спектре равновесного излучения (электромагнитного излучения, находящегося в термодинамическом равновесии с веществом) при…
Эйнштейн Альберт
Эйнштейн (Einstein) Альберт (14.3.1879, Ульм, Германия, - 18.4.1955, Принстон, США), физик, создатель относительности теории и один из создателей квантовой теории и статистической физики. С 14 лет…
Фотоэффект
Фотоэффект, испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов). Ф. был открыт в 1887 Г. Герцем. Первые фундаментальные исследования Ф, выполнены А. Г. Столетовым (1888…
Люминесценция
Люминесценция (от латинского lumen - свет и -escent - суффикс, означающий слабое действие), излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени…
Комптон Артур Холли
Комптон (Compton) Артур Холли (10.9.1892, Вустер, Огайо,-15.3.1962, Беркли), американский физик, член Национальной АН США. Окончил Принстонский университет (1914). В 1920-23 профессор университета…
Комптона эффект
Комптона эффект, комптон-эффект, упругое рассеяние электромагнитного излучения на свободных электронах, сопровождающееся увеличением длины волны; наблюдается при рассеянии излучения малых длин волн -…
Квантовая механика
Квантовая механика волновая механика, теория устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов) а…
Волны де Бройля
Волны де Бройля, волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, отражающие их квантовую природу. Впервые квантовые свойства были обнаружены у электромагнитного поля. После исследования М. Планком…
Дифракция частиц
Дифракция частиц, рассеяние микрочастиц (электронов, нейтронов, атомов и т.п.) кристаллами или молекулами жидкостей и газов, при котором из начального пучка частиц данного типа возникают дополнительно…
Аннигиляция и рождение пар
Аннигиляция и рождение пар частица-античастица. В физике термин "аннигиляция" [буквально означающий "исчезновение", "уничтожение" (лат. annihilatio, от ad - к и nihil - ничто)] принят для наименования…
Квантовая теория поля
Квантовая теория поля. Квантовая теория поля - квантовая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (полей физических).К. т. п., возникшая как обобщение квантовой механики в связи с проблемой…
Виртуальные частицы
Виртуальные частицы, частицы, существующие в промежуточных, имеющих малую длительность состояниях, для которых не выполняется обычное соотношение между энергией, импульсом и массой. Другие…
Адроны
Адроны, общее наименование для элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях. В класс А. входят протон, нейтрон, гипероны, мезоны, а также все резонансные частицы (см. Элементарные…
Электромагнитные взаимодействия
Электромагнитные взаимодействия, тип фундаментальных взаимодействий (наряду с гравитационным, слабым и сильным), который характеризуется участием электромагнитного поля в процессах взаимодействия…
Партоны
Партоны, гипотетические частицы (или квазичастицы), элементы структуры сильно взаимодействующих элементарных частиц (адронов). Гипотеза о существовании П. высказана в 1969 Р. Фейнманом для объяснения…
Слабые взаимодействия
Слабые взаимодействия, один из четырёх типов известных фундаментальных взаимодействий между элементарными частицами (три других типа - электромагнитное, гравитационное и сильное). С. в. гораздо слабее…
Фотон
Фотон (от греч. phos, родительный падеж photós – свет), элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле – света). Масса покоя m0 Ф. равна нулю (из опытных данных следует, что во всяком случае m0 (4×10-21 mе, где mе – масса электрона), и поэтому его скорость равна скорости света с " 3×1010 см/сек. Спин (собственный момент количества движения) Ф. равен 1 (в единицах = h/2p, где h =6,624×10-27 эрг×сек – постоянная Планка), и, следовательно, Ф. относится к бозонам. Частица со спином J и ненулевой массой покоя имеет 2J + 1 спиновых состояний, различающихся проекцией спина, но в связи с тем, что уФ. m0 = 0, он может находиться только в двух спиновых состояниях с проекциями спина на направление движения ± 1; этому свойству Ф. в классической электродинамике соответствует поперечность электромагнитной волны.
Т. к. не существует системы отсчёта, в которой Ф. покоится, ему нельзя приписать определённой внутренней чётности. По электрической и магнитной мультипольностям системы зарядов (2l-поля; см. Мультиполь), излучившей данный Ф., различают состояния Ф. электрического и магнитного типа; чётность электрического мультипольного Ф. равна (– 1) l, магнитного (– 1) l + 1. Ф. – абсолютно (истинно) нейтральная частица и поэтому обладает определённым значением зарядовой чётности (см. Зарядовое сопряжение), равным -1. Кроме электромагнитного взаимодействия, Ф. участвует в гравитационном взаимодействии.
Представление о Ф. возникло в ходе развития квантовой теории и теории относительности. (Сам термин "фотон" появился лишь в 1929.) В 1900 М. Планк получил формулу для спектра теплового излучения абсолютно чёрного тела (см. Планка закон излучения), исходя из предположения, что излучение электромагнитных волн происходит определёнными порциями – "квантами", энергия которых может принимать лишь дискретный ряд значений, кратных неделимой порции – кванту hn, где n – частота электромагнитной волны. Развивая идею Планка, А. Эйнштейн ввёл гипотезу световых квантов, согласно которой эта дискретность обусловлена не механизмом поглощения и испускания, а тем, что само излучение состоит из "неделимых квантов энергии, поглощаемых или испускаемых только целиком" (А. Эйнштейн, Собрание научных трудов, т. 3, с. 93, М., 1966). Это позволило Эйнштейну объяснить ряд закономерностей фотоэффекта, люминесценции, фотохимических реакций. В то же время созданная Эйнштейном специальная теория относительности (1905) привела к отказу от объяснения электромагнитных волн колебаниями особой среды – эфира, и тем самым создала предпосылки для того, чтобы считать излучение одной из форм материи, а световые кванты – реальными элементарными частицами. В опытах А. Комптона по рассеянию рентгеновских лучей было установлено, что кванты излучения подчиняются тем же кинематическим законам, что и частицы вещества, в частности кванту излучения с частотой n необходимо приписать также и импульс hn/c (см. Комптона эффект).
К середине 30-х гг. в результате развития квантовой механики стало ясно, что ни наличие волновых свойств, проявляющихся в волновых свойствах света, ни способность исчезать или появляться в актах поглощения и излучения не выделяют Ф. среди других элементарных частиц. Оказалось, что частицы вещества, например электроны, обладают волновыми свойствами (см. Волны де Бройля, Дифракция частиц), и была установлена возможность взаимопревращения пар электронов и позитронов в Ф.: например в электростатическом поле атомного ядра Ф. с энергией выше 1 Мэв (фотоны с энергией выше 100 кэв часто называют g-квантами) может превратиться в электрон и позитрон (процесс рождения пары) и, наоборот, столкновение электрона и позитрона приводит к превращению их в два (или три) g-кванта (аннигиляция пары; см. Аннигиляция и рождение пар).
Современной теорией, последовательно описывающей взаимодействия Ф., электронов и позитронов с учётом их возможных взаимопревращений, является квантовая электродинамика (см. Квантовая теория поля). Она рассматривает электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами как процесс обмена виртуальными Ф. (см. Виртуальные частицы). Сами Ф. через образование виртуальных электрон-позитронных пар также могут взаимодействовать между собой, однако вероятность такого взаимодействия очень мала и экспериментально оно не наблюдалось. При рассеянии Ф. высоких энергий на адронах и атомных ядрах следует учитывать, что Ф. может превращаться виртуально в совокупность адронов, которые сильно взаимодействуют с адронами мишени. В то же время виртуальный Ф., возникающий, например, при аннигиляции электрона и позитрона высоких энергий, может превращаться в реальные адроны. (Такие процессы наблюдаются на встречных электрон-позитронных пучках.) Описание взаимодействия реальных и виртуальных Ф. с адронами осуществляется с помощью различных теоретических моделей, например векторной доминантности (см. Электромагнитные взаимодействия), модели партонов и др.
С конца 60-х гг. развивается единая теория электромагнитных и слабых взаимодействий, в которой Ф. выступает вместе с тремя гипотетическими "переносчиками" слабых взаимодействий – векторными бозонами (двумя заряженными W +, W- и одним нейтральным Z0).
Общеизвестные источники Ф. – источники света. Источниками g-квантов являются радиоактивные изотопы, а также мишени, облучаемые ускоренными электронами.
Лит: Эйнштейн А., О развитии наших взглядов на сущность и структуру излучения. Собр. науч. трудов, т. 3, М., 1966, с. 181; Бом Д., Квантовая теория, пер. с англ., 2 изд., М., 1965.
Э. А. Тагиров.