Кабардин О. Ф. Физика (справочные материалы), 1991

http://www.cartalana.ru/phs-44.php

Античастицы. Английский физик Поль Дирак в 1928 г. создал теорию, из которой следовало, что в природе должна существовать частица с массой, равной массе электрона, но заряженная положительно. Такая частица - позитрон - была обнаружена экспериментально в 1932 г.

В 1933 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри обнаружили, что гамма-квант с энергией, большей энергии покоя электрона и позитрона МэВ, при прохождении вблизи атомного ядра может превратиться в.дару электрон - позитрон. Электрон и позитрон, способные к совместному "рождению" в паре и к аннигиляции при встрече, назвали античастицами. Рождение электронно-позитронных пар и аннигиляция электронов и позитронов при встрече наглядно показывают, что две формы материи - вещество и поле - не являются резко разграниченными, возможны превращения материи из одной формы в другую.

После открытия первой античастицы - позитрона - естественно возник вопрос о существовании античастиц и у других частиц.

К настоящему времени установлено, что античастица имеется у каждой элементарной частицы. Масса любой античастицы в точности равна массе соответствующей частицы, а электрический заряд (для заряженных частиц) равен по абсолютному значению заряду частицы и противоположен ему по знаку. Частица и античастица у таких незаряженных частиц, как фотон и пи-нуль-мезон, по физическим свойствам совершенно неразличимы и поэтому считаются одной и той же частицей.

Кварки. Кроме частиц, представленных в таблице, открыто большое число частиц с очень малым временем жизни - около 10^-22 с. Эти частицы названы резонансами. С открытием этих частиц неопределенность понятия "элементарная частица" стала особенно заметной.

В 1963 г. М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом была предложена гипотеза о существовании в природе нескольких частиц, названных кварками. Согласно этой гипотезе все мезоны, барионы и резонансы построены из кварков и антикварков, соединенных между собой в различных комбинациях. Каждый барион состоит из трех кварков, антибарион - из трех антикварков. Мезоны состоят из пар кварков с антикварками.

Волновые свойства частиц. Изучение свойств света показало, что он обладает сложной природой, сочетающей в себе волновые и корпускулярные свойства.

Полная энергия фотона (кванта света) может быть выражена через постоянную Планка ( = 6,625·10^-34 Дж·с) и частоту электромагнитных колебаний :

.

С другой стороны, по закону взаимосвязи массы и энергии полная энергия фотона может быть выражена через его массу и скорость света :

.

Из этих двух соотношений получаем, что , а , т.е. длина световой волны , равна постоянной Планка , деленной на импульс фотона .

Французский физик Луи де Бройль в 1924 г. высказал предположение, что одновременное сочетание волновых и корпускулярных свойств присуще не только свету, но и вообще любому материальному объекту. Длина волны любого тела массой , движущегося со скоростью , определяется соотношением, аналогичным полученному для фотонов света:

Для тел значительной массы длина волны получается настолько малой, что никакого способа обнаружения его волновых свойств современная физика предложить не может. Элементарные частицы и даже атомы при небольших скоростях движения проявляют свои волновые свойства вполне определенно. На рисунке 318,а представлена фотография, полученная при пропускании пучка электронов у края экрана. Светлые полосы отмечают места попадания электронов на фотопластинку. Полученная картина есть результат дифракции электронов у края экрана. Длина волны, определенная по наблюдаемой дифракционной картине, в точности совпадает со значением, рассчитанным по соотношению де Бройля. Для сравнения на рисунке 318,б показана картина, наблюдаемая при прохождении пучка света у края экрана. Таким образом, обычное разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным. Частицы вещества обнаруживают признаки непрерывного волнового процесса, и, наоборот, электромагнитные волны обнаруживают свойства потока частиц-фотонов.

Рис. 318

Гипотеза де Бройля и атом Бора. Гипотеза о волновой природе электрона позволила дать принципиально новое объяснение стационарным состояниям в атомах. Для того чтобы понять это объяснение, выполним сначала расчет длины дебройлевской волны электрона, движущегося по первой разрешенной круговой орбите в атоме водорода. Подставив в уравнение де Бройля выражение для скорости электрона на первой круговой орбите, найденное из правила квантования Бора

получим

Это значит, что в атоме водорода, находящемся в первом стационарном состоянии, длина дебройлевской волны электрона в точности равна длине его круговой орбиты! Для любой другой орбиты с порядковым номером получаем

.

Этот результат позволяет выразить постулат Бора о стационарных состояниях в такой форме: стационарным состояниям атома соответствуют такие орбиты электронов, на которых укладывается целое число длин волн де Бройля.

Формулы

Фотон

Фотоэлектрический эффект

Постулат Бора и правило квантования

Энергия связи атомного ядра

Закон радиоактивного распада

Бета-распад нейтрона

Реакция термоядерного синтеза

Обозначения

	- масса
- скорость света в вакууме
- энергия фотона
- постоянная Планка
- частота
- работа выхода электрона
- максимальная кинетическаяэнергия фотоэлектронов
	- частота красной границыфотоэффекта
	- энергия связи атомногоядра
- число протонов в ядре
- число нейтронов в ядре
- масса покоя свободногопротона
- масса покоя свободногонейтрона
- масса покоя атомного ядра
	- число нераспавшихся радиоактивныхядер в момент времени
- число нераспавшихся радиоактивныхядер в момент времени
- период полураспада
	- нейтрон
- протон
- электрон
- антинейтрино

Дата добавления: 2015-06-04