Следующий раздел: 6. Буря в стакане воды Выше по контексту: Проект Краткая Энциклопедия Физика (Вопросы Предыдущий раздел: 4. Высокие материи   Алфавитный индекс

Разделы

5. Элементарное, но не простое


5.1 Электрон -- способы представления

Вопрос: Меня интересует, как можно представить электроны? Как волну или как кванты и элементарные частицы?

Ответ: Обычно отвечают, что электрон -- это волна и частица одновременно, но такой ответ мало помогает пониманию. Пожалуй, проще всего представлять себе свободные электроны как волновой пакет -- набор волн, которые складываясь, компенсируют друг друга во всем пространстве, за исключением небольшого объема. Именно внутри этого объема и ``существует'' электрон. Для нас этот объем микроскопически мал, поэтому мы воспринимаем электрон как отдельную частицу. Эти слова, конечно, не объясняют на самом деле, что же такое электрон, из чего он сделан, но они дают возможность наглядно представить себе электрон, позволяют увидеть связь между волнами и частицами.

Более детальное разъяснение того, как выглядят микроскопические объекты и как они ведут себя, можно найти в книге ``Под знаком кванта''

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru


5.2 Кварки

Вопрос: Что такое кварки?

Ответ: Кварки это элементарные частицы, то есть частицы, которые не имеют своей внутренней структуры (по крайней мере так считается).

К настоящему времени было открыто 6 кварков и новых кварков не предвидится (почему -- это тема для другого вопроса).

Из кварков, в частности, состоят протоны (2u+d) и нейтроны (2d+u).

Каждый из шести кварков имеет свое собственное имя и за каждым из них стоит годы попыток его обнаружить - можно написать не один детективный роман на эту тему.

Кварк Название Масса Заряд
u up от 1.5 до 5 МэВ 2/3
d down от 3 до 9 МэВ -1/3
s strange от 60 до 170 МэВ -1/3
c charm от 1.1 до 1.4 ГэВ 2/3
b bottom от 4.1 до 4.4 ГэВ -1/3
t top от 168 до 178 ГэВ 2/3

Кроме кварков существуют и другие элементарные частицы: лептоны (электрон, мюон и t-лептон) и нейтрино (электронное, мюонное и тау-лептонное, соответственно) В первой половине и в середине 20-го века всем казалось, что существует три типа элементарных частиц -- электрон, нейтрино (электронное нейтрино -- существование доказано из $ \beta$-распада) и все остальные -- адроны (сейчас ясно, что адроны не являются элементарными, а состоят из кварков).

Гипотеза о том, что адроны построены из специфических субъединиц -- кварков, была впервые выдвинута М. Гелл-Манном (M. Gell-Mann) и, независимо от него Дж. Цвейгом (G. Zweig) в 1964 для того, чтобы хоть как-то упорядочить имеющийся на тот момент зоопарк частиц. С тех пор она получила многочисленные косвенные экспериментальные подтверждения (рассеяние на протоне идет так, как будто протон состоит из трех бесконечно малых центров, на которых идет рассеяние -- партонов, кроме того гипотеза о существовании кварков сильно упростила классификацию теперь уже не истинно элементарных частиц).

Название кварк было введено М. Гелл-Маном. Оно не имеет прямого смыслового значения и было заимствовано из романа Дж. Джойс ``Поминки по Финнегану'', герою которого во снах часто слышались слова о таинственных трех кварках.

(c) Балдин Е.М. E.M.Baldin@inp.nsk.su


5.3 Траектория электрон вокруг ядра

Вопрос: Меня интересует вопрос: распределение электронов вокруг ядра и как определяются траектории электронов?

Ответ: Вся трудность в описании электронов в атоме состоит в том, что для них не существует понятия траектории. Было бы совершенно неправильно представлять себе, что электроны крутятся вокруг ядра по каким-то определенным траекториям. Гораздо точнее представлять себе, что электрон в атоме -- это специфическое возбуждение ``электронной материи'', которое может устойчиво существовать в поле ядра.

Аналог из повседневной жизни -- колеблющаяся струна, в ней тоже живет вполне определенное колебание. Поскольку трехмерное пространство гораздо ``богаче'' одномерной струны, неудивительно, что типов электронных конфигураций в атоме намного больше. Что касается распределений электронов в поле ядра, то они получается из решения уравнений для электронов и их явный вид можно найти в любой серьезной книге по квантовой механике.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru



E.M.Baldin@inp.nsk.su
23 Января 2000