На головну

Елементарні відомості про частинки і античастинки - Математика

Створена в 1925-1926 рр. квантова теорія мала істотний недолік: вона була нерелятивістською, в ній не дотримувалися принципи відносності і предельности швидкості світла.

У 1928 р. Поль Дірак усунув цей недолік. Він запропонував описувати електрон новим рівнянням, яке враховувало рівноправність часу і просторових координат, що диктується теорією відносності.

Однак при цьому хвильова функція виявилася чотирьохкомпонентною. Дві з них співвідносилися з двома можливими проекціями спина. А як же дві що залишилися? Аналіз показував, що їм відповідала негативна енергія. І не просто негативна, як у електрона в атомі водня, а справжнє енергетичне провалля, що тягнеться до нескінченності, в яку могла б провалитися цілком Всесвіт. І хоч рівняння Дірака чудово пояснювало всі експериментальні дані, що були в той час, проблема негативної енергії залишалася невирішеною. Спочатку передбачили, що дві непізнані компоненти якимсь чином описують протон (ядро атома водня). Але з'ясувалося, що частинка, відповідна другій парі компонент, по масі повинна бути в точності рівна електрону; протон же в 1836 раз важче за електрон.

Пізнє Дірак висунув гіпотезу: все стану, відповідне негативним енергіям, спочатку заповнені електронами («море Дірака»), т. е. енергетичне провалля полна і провалитися нікуди. Саме «море» ненаблюдаемо, але якщо з нього вибити електрон (наприклад, за допомогою фотона досить високої частоти), то, по-перше, буде видно сам електрон, а по-друге, дірка, що залишилася в «море» поведе себе як реальна частинка, відмінна від електрона тільки протилежним знаком заряду - антиелектрон. Це явище називають народженням пари частинка - античастинка (в цьому випадку електрон - антиелектрон). Зворотний процес станеться, коли електрон зіткнеться з діркою: він заповнить її і стане таким, що неспостерігається (дірка і електрон зллються), а вся енергія пари (включаючи їх енергію спокою) перейде в енергію електромагнітного випромінювання. Так аннигилирует пара частинка ~ античастинка.

У 1932 р. американецu Карл Андерсон (1905-1991) виявив в космічних променях частинки з позитивним зарядом і масою, в точності рівними по величині заряду і масі електрона. Позитрони, як їх назвав Андерсон, і є передбачені Діраком антиелектрон. Правда теорія дірок протрималася не довго, хоч всі її висновки вірні. Після створення більш або менш послідовної квантової електродинаміки в кінці 40-х рр. море, що неспостерігається «Дірака» виявилося непотрібним, однак рівняння Дірака, наповнене новим змістом, залишилося непорушним. Це рівняння годиться не тільки для електрона, але і для будь-якої частинки зі спіном 1/2, наприклад для протона. Висновки про існування античастинки, народження і анігіляцію пар справедливі і для протонів. Проте, перевірка цих висновків сильно затяглася. Якщо Ернест Резерфорд відкрив протон ще в 1919 р., то Еміліо Сегре (1905-1989) і Оуен Чемберлен (народився в 1920 р.) виявили антипротон лише в 1955 р. Крім електронів і протонів є інші микрочастицы; для кожної з них існують свої релятивістські рівняння. Передусім це фотони, які спочатку описуються релятивістськими рівняннями Максвелла. Далі, є частинки, що не мають власного моменту імпульсу (з нульовим спіном), насамперед нейтрон. Такі частиuы описуються рівнянням Клейна - Гордона. Еше один тип рівнянь - рівняння Вейля, які відносяться до дуже своєрідних частинок - нейтрино, що має нульову масу, але при цьому спин 1/2. Не виключено, однак, що у нейтрино є маса. Тоді його рівняння руху - все те ж рівняння Дір

© 8ref.com - українські реферати
8ref.com