Микромир, элементарные частицы, вакуум: различия между версиями

м
→‎«Море Дирака»: оформление, пунктуация
м (→‎«Море Дирака»: оформление, пунктуация)
Вывод казался парадоксальным и какое-то время считался дефектом или трудностью теории. Чтобы обойти эту трудность, Дирак в 1930 г. предложил считать эти отрицательные состояния ненаблюдаемым фоном, полностью заполненным электронами. При этом обычные электроны (с положительной энергией) уже не могли, излучив избыточную энергию, попасть в эти состояния. Действительно, по принципу Паули в данном квантовом состоянии не может находиться более одной частицы с полуцелым спином. Такой фон, плотно заполненный электронами, получил название «море Дирака» или «электронный вакуум» — см. рис. 2.
 
[[Файл:Micromir2.png|border]]
 
'''Рис. 2.''' «Море Дирака» — множество состояний с энергией <math>E < - mc ^2</math>. Переход электрона в обычные состояния (<math>E > mc ^2</math>) сопровождается возникновением «дырки» в море Дирака, проявляющейся как позитрон e<sup>+</sup>
 
 
 
 
То, что знак заряда «дырки» противоположен знаку заряда электрона, легко понять из следующего. Представим, что имеется огромный шар, в котором отрицательный заряд равномерно распределён по объёму. Возникает вопрос: как, находясь внутри шара, установить наличие и знак заряда? Мы знаем, что по закону Кулона одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые — притягиваются. Возьмём какой-то пробный заряд q (для определённости будем считать его положительным). Пусть этот заряд находится вне шара. Тогда электрическое поле, создаваемое шаром, будет притягивать наш заряд к шару, поскольку силы, действующие на него с разных сторон, нескомпенсированы (см. рис. 3а). Если же заряд находится внутри шара вдали от поверхности, то действующие на него с разных сторон силы полностью уравновешивают друг друга (рис. 3б). Пусть теперь в шаре образовалась незаряженная полость («дырка») — рис. 3в. Суммарный заряд, который при этом был удалён при создании полости, обозначим Q, Q <0. Тогда действующие на пробный заряд q силы уже не уравновешиваются, причём суммарная сила направлена в сторону от «дырки». Но точно такое же действие производит и уединённый положительный заряд, который бы находился в месте расположения дырки и имел заряд <math>\tilde Q = - Q > 0</math>
в шаре образовалась незаряженная полость («дырка») — рис. 3в. Суммарный заряд, который при этом был удалён при создании полости, обозначим Q,Q <0. Тогда действующие на пробный заряд q силы уже не уравновешиваются, причём суммарная сила направлена в сторону от «дырки». Но точно такое же действие производит и уединённый положительный заряд, который бы находился в месте расположения дырки и имел заряд <math>\tilde Q = - Q > 0</math>
 
Таким образом, равномерно заряженный фон нельзя обнаружить, измеряя силы, действующие на пробные заряды. Но если в этом фоне возникают дырки, то они проявляются как частицы с зарядом, противоположным удалённому заряду фона. Очевидно, что при столкновении электрона и дырки электрон просто заполняет дырку в «море Дирака». В результате этого процесса исчезают обе частицы, а вместо них возникают кванты электромагнитного излучения (закон сохранения энергии должен выполняться!). Это — известный процесс аннигиляции, уничтожения.
Совершено аналогично, античастицы должны существовать и у других частиц. И хотя до 1950-х г. они не были обнаружены, физики были абсолютно уверены в их существовании.
 
[[Файл:micromir3.jpg|border]]
 
'''Рис. 3.'''
Рис. 3. а — Пробный заряд q > 0 притягивается к равномерно заряженному шару; б — силы, действующие на пробный заряд (вблизи центра), уравновешивают друг друга; в — если в шаре имеется незаряженная полость («дырка»), то силы, действующие на пробный заряд, уже не уравновешивают друг друга
 
Рис. 3. <small>а — Пробный заряд q > 0 притягивается к равномерно заряженному шару; б — силы, действующие на пробный заряд (вблизи центра), уравновешивают друг друга; в — если в шаре имеется незаряженная полость («дырка»), то силы, действующие на пробный заряд, уже не уравновешивают друг друга</small>
И действительно, антипротон был найден в 1955 г. в опытах на ускорителе в Беркли (О. Чемберлен, Э. Сегре, К. Виганд, Т. Ипсилантис), а антинейтрон — в 1956 г. в опытах по рассеянию пучка антипротонов в веществе (Г. Ламбертсон, Б. Корк, О. Пиччони, В. Венцель).
49

правок