элементарные частицы

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://postnauka.ru/longreads/155962
5 загадок физики элементарных частиц

Когда в 1932 году Джеймс Чедвик открыл нейтрон, стало очевидно, что ядро атома состоит из еще более мелких частиц. Впоследствии это привело к созданию Стандартной модели — теории, которая описывает фундаментальные составляющие Вселенной. Однако и в ней до сих пор имеется множество нерешенных загадок. Вместе с физиком Дмитрием Казаковым мы выбрали пять самых интересных, чтобы рассказать о них.
Это материал из гида «Атомы науки», приуроченного к 75-летию атомной промышленности. Партнер гида — Росатом.


Стандартная модель

Стандартная модель — это теория, описывающая фундаментальные частицы, из которых состоит материя, и то, как они взаимодействуют между собой.
К фундаментальным частицам относятся шесть кварков, из которых состоят тяжелые частицы (адроны), и шесть лептонов — частиц, не участвующих в сильных взаимодействиях. Они называются фундаментальными, или элементарными, потому, что мы не видим в них никакой структуры: они не содержат в себе каких-то более мелких частиц. Кварки и лептоны делятся на три поколения. Частицы одного поколения связаны между собой сильнее, чем с частицами других поколений. Единственное отличие частиц разных поколений друг от друга — их масса: частицы более старшего поколения тяжелее частиц младшего.
Стандартная модель описывает три фундаментальных взаимодействия между фундаментальными частицами: электромагнитное, слабое и сильное. Гравитационное взаимодействие не входит в Стандартную модель из-за его ничтожности на микроуровне. Взаимодействия между частицами возникает за счет обмена посредниками. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами с электрическим зарядом и строится на основе обмена фотоном. Слабое взаимодействие отвечает за распад частиц и происходит за счёт обмена W- и Z-бозонами. Сильное взаимодействие связывает кварки внутри адронов с помощью обмена глюонами. Поэтому, кроме фундаментальных частиц, есть еще частицы-переносчики взаимодействий: фотоны для электромагнитных взаимодействий, W- и Z-бозоны для слабых взаимодействий и глюоны для сильных взаимодействий.
Наконец, в 2012 году в Стандартную модель вошел бозон Хиггса — частица, обеспечивающая массу других частиц: чем сильнее частица взаимодействует с бозоном Хиггса, тем больше ее масса.



Ксения Рыкова для ПостНауки

Все эксперименты, которые ставятся на ускорителях, под землей и в космосе, с высокой точностью описываются Стандартной моделью. Однако в ней до сих пор есть нерешенные вопросы.
Зачем природа создала три копии самой себя?

Итак, наименьшими бесструктурными частицами на данный момент считаются кварки и лептоны. Лептоны — самостоятельные частицы (например, лептонами являются электрон и нейтрино), а кварки входят в состав адронов, скажем протонаи нейтрона. Адроны — это тяжелые частицы, подверженные сильному взаимодействию.



Екатерина Золоторёва для ПостНауки

Известно шесть кварков: up (верхний), down (нижний), strange (странный), charm (очарованный), bottom (прелестный), top (истинный). Названия кварков для удобства сокращают до одной буквы: u, d, s, c, b, t. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон — из одного u-кварка и двух d-кварков. Кварки всегда объединены в пары (поколения): u-d, s-c, b-t. Поколения ничем не отличаются друг от друга, кроме массы: каждое следующее поколение тяжелее предыдущего. Тяжелые частицы к концу периода существования всегда распадаются на более легкие, третье поколение (bottom — top) преимущественно распадается на второе (strange — charm), а второе — на первое (up — down).
Наша Вселенная создана из четырех частиц первого поколения: кварков up и down и двух лептонов — электрона и нейтрино. Частицы других поколений были открыты в космических лучах и на ускорителях. Но частицы других поколений не образуют других миров, поскольку очень быстро распадаются на частицы первого поколения и не образуют атомов, составленных из этих частиц.
Зачем же тогда природе понадобились частицы других поколений? Это загадка, на которую на данный момент физика не может дать четкого ответа.
Одно из возможных объяснений связано с так называемой барионной асимметрией Вселенной. Барионная асимметрия — это преобладание частиц над античастицами. Частицы и античастицы аннигилируют, то есть взаимно уничтожают друг друга. Если бы их было равное количество, то они бы аннигилировали, и во Вселенной ничего бы не осталось. В Стандартной модели барионная асимметрия Вселенной возможна только в теории, описывающей мир из трех и более поколений. При наличии одного или двух поколений барионная асимметрия невозможна, а значит, и существование материи тоже.
Почему не бывает свободных кварков?

Адроны являются неделимыми частицами, несмотря на то что состоят из кварков. Это значит, что мы не можем наблюдать кварки вне адронов.



Екатерина Золоторёва для ПостНауки

Кварки родились как математические объекты для классификации адронов. Физики Марри Гелл-Манн и Джордж Цвейг в 1960-х годах выдвинули гипотезу о том, что в составе адронов есть три более мелкие частицы. Гелл-Манн назвал эти три частицы кварками, а Цвейг — тузами (прижилось название Гелл-Манна). То есть кварки возникли как удобный математический способ описания для классификации адронов. Сначала сортов кварков было три, позже оно возросло до шести.
Для того чтобы исследовать внутреннюю структуру протона, были проведены эксперименты по рассеиванию электронов на протонах: разгоняли электроны, которые ударяли по протонам, в результате рождались новые частицы. Измерялось количество новых частиц, вылетающих под разными углами. Это количество частиц зависит от энергии налетающих электронов и от энергии, которую электрон передает протону. Но оказалось, что число частиц зависит не от этих двух параметров в отдельности, а от их соотношения. Для того чтобы объяснить такую зависимость, была выдвинута гипотеза о том, что рассеивание происходит не на протоне в целом, а на некоторых точечных центрах внутри протона — кварках. Но по отдельности обнаружить кварки не удается.
Почему же кварки не могут вылететь из протона? Для этого должны существовать какие-то силы, удерживающие кварки внутри. Теория этих сил под названием «квантовая хромодинамика» была предложена в середине 1970-х годов. Переносчиками сил в этой теории стали глюоны (от английского слова glue — «клей»). Глюоны «склеивают» кварки внутри адронов и не выпускают наружу. Но строго математически обосновать и вычислить эту силу пока не получается.
Куда делась антиматерия?

Понятие античастицы появилось, когда в 1928 году английский физик Поль Дирак написал свое знаменитое уравнение для описания электрона. Оказалось, что уравнение Дирака имеет два решения: решение со знаком плюс соответствует положительной энергии, решение со знаком минус — отрицательной. Дирак, чтобы объяснить существование второго решения, предположил, что кроме частиц существуют так называемые дырки. Сегодня мы их называем античастицами.



Екатерина Золоторёва для ПостНауки

Впоследствии выяснилось, что два решения присущи не только уравнению Дирака, но и другим уравнениям, описывающим релятивистские частицы. Это значит, что если есть частицы, которые удовлетворяют соответствующим уравнениям, то есть и античастицы, являющиеся другими решениями тех же самых уравнений. Иногда оказывается, что частица является античастицей самой себя, то есть два решения уравнения совпадают.
У античастиц знак квантовых чисел противоположен знаку частицы. Квантовые числа — это параметры, характеризующие состояние частицы. Например, у электрона электрический заряд отрицательный, а у позитрона — положительный. Из-за этой разности знаков античастицей самой себя может быть только нейтральная частица, например фотон, у которого нулевой заряд.
Античастицы, как и обычные частицы, образуют связные состояния: антиатомы, антивещество. Но мы этого не наблюдаем — только отдельные античастицы, которые прилетают из космоса или рождаются на ускорителях. Сначала античастицы вообще существовали только в теории, но в 1932 году была открыта античастица электрона — позитрон. Ее обнаружил Карл Андерсон в процессе наблюдения за треками от частиц в камере Вильсона.
Почему же мы не наблюдаем антиматерию? Одна из гипотез говорит о том, что вещество и антивещество могли в какой-то момент разойтись в разные части Вселенной. Если бы это было правдой, то где-то должна была быть граница соприкосновения вещества с антивеществом. Но если частица встречается с античастицей, то происходит аннигиляция, то есть взаимное уничтожение этих частиц. Поэтому на границе соприкосновения происходили бы мощнейшие процессы аннигиляции, и мы бы видели свет от вспышек, однако этого не происходит.
Другое объяснение состоит в том, что изначальный баланс между частицами и античастицами в ранней Вселенной после Большого взрыва нарушился. Если бы частиц и античастиц действительно было бы поровну, рано или поздно они бы все аннигилировали и ничего бы не осталось. Поэтому причиной отсутствия антивещества во Вселенной является перекос в слабом взаимодействии. В результате количество частиц стало превышать количество античастиц. Это явление называется барионной асимметрией Вселенной. После аннигиляции остались «выжившие» частицы, из которых и состоит наш мир.
Из чего состоит темная материя?

Пространство, согласно специальной теории относительности, имеет определенную кривизну (положительную, отрицательную или нулевую), которая определяется плотностью вещества или плотностью энергии во Вселенной.
Если плотность мала, Вселенная имеет отрицательную кривизну, если велика — положительную, а если плотность равна критической, то Вселенная плоская. Эксперименты по наблюдению спектра реликтового микроволнового фона показали, что мы живем в плоском пространстве, то есть в пространстве с нулевой кривизной. Это значит, что плотность вещества во Вселенной должна быть равна критической. Однако если посмотреть на все, что мы видим во Вселенной, — звезды, межзвездный газ и прочее, — то наберется всего процентов пять от необходимого количества плотности. То есть плотность получается очень низкой, но данные экспериментов говорят, что плотность высока и равна критической. Значит, во Вселенной есть что-то еще, кроме обычной материи.
Из данных экспериментов по наблюдению реликтового микроволнового фона также стало ясно, что еще примерно 25% составляет материя, которую мы не видим, потому что она не светится. Это и есть темная материя. Обычная материя и темная составляют вместе примерно 30% от того, что есть во Вселенной.
Остальные 70% называют темной энергией. Темная энергия — это субстанция, не подчиняющаяся обычному уравнению состояния, которому подчиняется материя. Темная энергия — отдельная загадка физики.



Екатерина Золоторёва для ПостНауки

Считается, что темная материя состоит из обычных частиц, которые не испускают свет. Такие нейтральные частицы есть в Стандартной модели, например Z-бозон или хиггсовский бозон. Но они очень быстро распадаются, поэтому не подходят на роль частиц темной материи. Частицы темной материи должны существовать со времен Большого взрыва. Поэтому для темной материи нужны не просто нейтральные частицы, а долгоживущие нейтральные частицы. Такой частицей является нейтрино. Но нейтрино — это очень легкая частица, поэтому из него тоже нельзя сделать темную материю.
Получается, что подходящих частиц в Стандартной модели нет, мы не знаем, из чего состоит темная материя, которой во Вселенной в пять раз больше обычной.
Является ли нейтрино античастицей самого себя?

Нейтрино — частица Стандартной модели, которая вместе с электроном и его античастицей — позитроном — относится к лептонам. И если про электрон известно много, то нейтрино до сих пор остается загадкой. Это объясняется тем, что нейтрино относится к нейтральным частицам, а нейтральные частицы почти не взаимодействуют со средой, из-за чего их очень трудно обнаружить.



Екатерина Золоторёва для ПостНауки

Все лептоны и кварки описываются комплексными решениями уравнения Дирака. Но у уравнения Дирака есть и действительное решение, справедливое только для нейтральных частиц. Поскольку нейтрино не имеет электрического заряда, оно может быть описано и с помощью этого решения, найденного Этторе Майораной. Для того чтобы понять, является ли нейтрино античастицей самого себя, нужно понять, какому решению оно удовлетворяет: дираковскому или майорановскому. Если нейтрино удовлетворяет последнему, то оно является античастицей самого себя, и две такие частицы при столкновении аннигилируют. Если же нейтрино удовлетворяет дираковскому решению, то не является античастицей самого себя и не может аннигилировать.


Для того чтобы выяснить, является ли нейтрино дираковской или майорановской частицей, нужно провести эксперимент со столкновением двух нейтрино и выяснить, аннигилируют ли они. Пока четкого ответа на этот вопрос нет.
https://www.youtube.com/watch?v=RRta...ature=emb_logo

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZHmMQMKkjAqrRUD0
Матрица для атома

Сегодня
<100 прочитали









Было время, когда атом рассматривали как сферическое облако положительного электрического заряда, в которое, как изюм в пудинг, вкраплены электроны с отрицательным зарядом (модель Томсона). Но опыты под руководством Э. Резерфорда 1909-1911 годов развели заряды в атоме по сторонам: в центре – положительное тяжелое ядро, а на стороне – лёгкие отрицательные электроны. Эта планетарная модель атома Резерфорда существует до сих пор, лишь дополнилась некоторыми представлениями. Со временем возникли новые взгляды на электронные оболочки атома, которые помогли раскрыть суть явления атомной периодичности, объяснить природу системы химических элементов Д. И. Менделеева. В 1949 году независимо Марией Гёпперт-Майер и Хансом Иенсеном была разработана оболочечная модель атомного ядра. До этого использовалась учёными капельная модель ядра. Оболочечная модель хорошо объясняла стабильность ядер при магических числах нуклонов в оболочках. Оболочечная ядерная модель аналогична оболочечной модели атома, т. е. ядерные оболочки и электронные оболочки по сути своей подобны. Что, как ни странно, не вызывает у учёных никаких серьёзных вопросов.
Вероятно, большинство тех, кто изучал строение атома на ядерном и электронном уровне, ловили себя на мысли об искусственности, надуманности всей этой системы с оболочками атома, с квантовыми ячейками и квантовыми числами. И действительно, если хорошо вникнуть, то существующая теория ядерных и электронных оболочек, несмотря на логичность, выглядит довольно искусственной. Нет в ней естественного, природного начала, где бы виделось проявление реальных законов динамики и взаимодействия атомных частиц. Существованию электронных оболочек атома «предписаны свыше» два правила: принцип запрета Паули и правило Хунда. Принцип запрета Паули говорит о том, что в атомной системе не может быть двух частиц с одинаковым набором квантовых чисел.


Заполненные атомные орбитали

Правило Хунда указывает порядок заполнения электронных орбиталей определённого подслоя (квантовых ячеек): суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным. Иначе, сначала по одному электрону одного спина, а потом – по второму электрону, но с противоположным спином. На этот случай придумано даже мнемоническое «правило трамвайного вагона»:
Ты приглядись, решив присесть,
К местам трамвайного вагона:
Когда ряды пустые есть,
Подсаживаться нет резона.


Правило Хунда для элементов от бора до неона

Всё бы это ничего и вполне работоспособно, но рано или поздно надо приходить к действительному пониманию законов, по которым существует атом. Ведь у нас нет даже ясности относительно размещения электронов в атоме: вокруг ядра на оболочках, или электроны левого и правого спина существуют в самом атомном ядре? Оболочечная модель атомного ядра больше говорит за существование электронов именно в самом ядре. Ведь если электроны вне ядра, на далеко отстоящих оболочках, то получается полное дублирование ядерных и электронных оболочек, чего природа, в силу своей рачительности и экономии, себе не позволяет. Дублирования нет, и одинаковость оболочечного строения ядер и электронных оболочек объясняется их единством, целостностью. А для вихревых полей электронов левого и правого спина нет никаких ограничений для распространения вокруг атома! Эти вихревые поля вокруг атома и создают в среде физического вакуума те «крючочки и зацепки», позволяющие разным атомам соединяться в устойчивую молекулу, а также атомам и молекулам между собой. Иначе говоря, электроны левого и правого спина динамически связаны с ядерными протонами. Одна связь образует частицу нейтрон, частицу без заряда (скомпенсированные вихри); другая связь – частицу протон, частицу с зарядом, где вихри не скомпенсированы. В ядре протоны и нейтроны неразличимы, и имеют общее название – нуклон. В ядре, при определённых условиях, воздействиях, возбуждениях, протон может стать нейтроном, а нейтрон – протоном; чёткого, неизменного статуса ядерные частицы не имеют. К тому же, при сильном возбуждении нуклонов, ядерные частицы могут рождать новые пары электронов левого и правого спинов.
При таком взгляде на атомное ядро происходит как бы возврат к прежней, дорезерфордовской, модели атома, атому Томсона, где в ядре пребывают одновременно и отрицательные и положительные заряды, но заряды взаимно скомпенсированы. И вот тут самое важное! Надо понимать, что электрические заряды – не некие физические сущности, необычные материальные субстанции, а электрические заряды – это форма вращательной динамики частиц и квазичастиц, и вихревые поля, ими рождённые. Вращательная динамика частиц и квазичастиц бывает по часовой стрелке и против часовой стрелки, иначе, правый винт и левый винт. И, соответственно, направление вращения их вихревых полей. Атом, где все оболочки заполнены и энергия атома минимальна, где все частицы и квазичастицы движутся упорядоченно и согласованно, такой атом инертен, стабилен, не вступает в химические соединения с другими элементами. Пример – инертные газы. В таком атоме все вращательные динамики частиц и квазичастиц скомпенсированы, уравновешены, нет «вихревых хвостов» левого или правого винта, на которые стремились бы подсесть другие элементы, тоже желающие получить минимум собственной энергии и структуру внешней оболочки инертного газа. Но как только, при внешнем энергетическом воздействии, эта гармоническая идиллия динамик кончается, происходит нарушение или разрыв связей, структура оболочки меняется, у атома возникают «хвосты» левого или правого винта, атом ионизируется, теряет нейтральность электрического заряда. Теперь он сам пробует вернуть себе прежний минимум энергии и стабильность заполненной внешней оболочки… Когда думаешь на эту тему, то невольно приходит мысль о существовании в мире атомов некой матрицы, алгоритма, точно заданных правил рождения, существования, «умирания»!
Устойчивая связь нуклонов в ядерных оболочках обусловливается обменным механизмом энергии вихревых полей частиц при условии согласованности, упорядоченности их движения по угловым значениям орбитальных моментов, кратных величине Пи. Эта давняя моя идея позволяет сделать предположение о действительной природе квантованности энергии атомных частиц и особенностях их движения. Потому что и сама частица протон есть колебательное образование в среде физического вакуума, динамика «дыхания вакуума»; и характер движения протона в собственном волновом поле тоже имеет периодическую, замкнутую форму; и связь нуклонов в оболочках ядра тоже основывается на периодической, циклической зависимости. Периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева можно перестроить в спираль элементов.


Основой спирали является как раз синусоида, периодическая функция, поделённая на восемь частей, каждая часть кратна ¼ Пи. Подобная синусоида и есть как раз волновая матрица атомных систем, которой определяется как строительство атомных ядер, так и деление, и распад ядер.


Орбитальные моменты нуклонов развёрнуты на 90 градусов

В сущности, прообразом квантовых ячеек и является волновая матричная модель ядерных оболочек. И вся система «сборки» ядер в ранний период вселенной, и последующего распада ядер – истоком своим имеют периодический, циклический характер движения протона в собственном волновом поле. В движениях ядерных нуклонов заполненных оболочек нет беспорядка и хаоса, а есть согласованность, упорядоченность, организация движений нуклонов на понятном принципе угловых моментов, кратных величине Пи, что и обусловливает минимум энергии ядерной системы. «Проблемы» у атома начинаются тогда, когда возникает диссонанс в движениях частиц, разнобой движения на валентном, верхнем слое атомного ядра. Этот диссонанс возникает или в случае возбуждения дополнительной энергией, или в случае разрыва связей.
Из подобного взгляда на ядерные нуклоны, на характер их движения и взаимодействия, на всю систему ядра не трудно вывести так называемые квантовые числа: главное квантовое число, орбитальное, магнитное, спиновое. Все они заключены в различных формах движения, динамики ядерных частиц, иначе, в степенях свободы. Протон в атомном ядре, в своём движении по кольцевой, замкнутой траектории (орбитально-магнитный момент), совершает одновременно и винтовое движение (спин). Это винтовое спиновое движение нуклона также может быть по часовой стрелке и против, как, собственно, и орбитальное движение протона.


Сложное движение протона в ядре, орбитальное и спиновое

Но в любом случае, в устойчивой ядерной оболочке движения всех частиц и квазичастиц гармонизированы между собой. Удивляет то, как капельная модель ядра долгое время была единственной. Атомное ядро рассматривали как каплю специфической ядерной жидкости, способную делиться (вероятностный акт). Но капельная модель не объясняла некоторых важных моментов, в частности, асимметрию масс осколков деления, а также несимметричность формы самого многонуклонного ядра атома, предпосылку к делению и распаду. Лишь оболочечная модель ядра дала удовлетворительные ответы.
Волновая матрица, как подложка, на которой собираются многочастичные ядерные системы (кластеры). Как полагаю, не в термоядерном синтезе в звёздах, а иначе, в холодном ядерном синтезе внутри войдов вселенной, где плотность и давление среды физического вакуума достигают максимальных величин. Конечно, такой взгляд противоречит нынешним воззрениям, вызывает активное отторжение, неприятие. И это понятно. Вся современная физика звёзд построена на термоядерной энергии. Только, как и откуда берётся термоядерная энергия – ответы неубедительные. Мол, причина – в силе гравитации, как известно, слабейшей в природе. Учёные на Земле около семидесяти лет пытаются приручить термоядерный синтез, но никаких результатов! Температура плазмы в установках ТОКАМАК достигает сегодня ста миллионов градусов, что много больше температуры внутри звёзд, и всё равно реакции синтеза нет. Сама природа пытается показать нам, что многонуклонные сверхмассивные ядра рождаются иным путём, в иных условиях, без участия термической энергии! Рождение сверхмассивных ядер – это сугубо квантовое явление в среде физического вакуума, с участием энергии квантовых колебаний среды. И нигде попало в пространстве вселенной, а центре войдов, в точках генерации протонов. Здесь протоны не только генерируются, но и образуют сверхмассивные ядра принципом намотки, как по резьбе винта. Именно тут волновая матрица становится принципом формирования сверхмассивных ядер. В кипящем бульоне квантового вакуума «варятся» первые атомные ядра до некоторого критического предела массы, когда сами первые сверхмассивные ядра перестают быть устойчивыми и начинают разваливаться. Вот эти осколки первых сверхмассивных и начинают двигаться от места формирования в стороны от центра войда по траектории развивающейся спирали. Массивные осколки уже изменяют вокруг себя энергию среды физического вакуума, создают, пусть небольшие, но градиенты, разности давлений и плотностей среды, иначе, образуют гравитационное поле. Что позволяет тяжелым ядрам соединяться под действием разности плотностей и давлений среды, и образовывать первые прототела, ещё не излучающие свет. Двигаясь далее по траектории развивающейся спирали, прототела прибавляют в массе, сила вакуумного гравитационного давления извне растёт. Но в недрах первых тел процессы деления и распада ядер не прекращаются. Вот здесь и возникает первая термическая энергия, внутри тел поднимается температура, скорости движения ядер и частиц возрастают многократно, рождаются первые фотоны излучения видимого света…


Матрицы первого и второго рода

Волновой матрицей определяется не только образование сверхмассивных ядер, но и распад ядер, и деление. Принцип запрета Паули и правило Хунда становятся ясными и понятными, если смотреть на них, как на результат распада и деления ядер на основе волновой матрицы, где продукты деления и распада отваливаются от ядра не абы как, а по алгоритму энергетической слабости связи в волновом взаимодействии частиц ядерных оболочек. Как говорят: где тонко – там и рвётся. К слову сказать, тайна магических чисел стабильных ядер – из этой же оперы. Энергия связи нуклонов в ядрах, где количество протонов и нейтронов равно и соответствует цифрам: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, заметно больше, чем у прочих ядер. Ключевой цифрой здесь является цифра 8 (от Пи/4 до 2 Пи). Именно она даёт ответ, ибо лежит в основе волновой матрицы. Но нельзя преуменьшать и роль цифры 2, первого варианта волновой матрицы (Пи, 2Пи), и цифры 4 – второго варианта волновой матрицы (Пи/2, Пи, 3Пи/2, 2Пи), которой атом гелия обязан своей стабильностью и распространённостью в природе.


Структура ядра атома гелия. Ядра атомов других инертных имеют такую же целочисленную структуру

И в заключение скажу о том, о чём говорил прежде. Таблица химических элементов Д. И. Менделеева не начинается водородом и гелием, а заканчивается водородом и гелием. Обилие на поверхности Солнца водорода и гелия говорит о том, что это не исходные элементы эволюции звёзд, а конечные…

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZRPTa6TtBjsK-wK1
Почему электрон - это волна, а протон нет?






Частица и волна

Наверное не новостью будет, что существуют частицы, которые мы, по сути дела, только называем частицами. Возьмем хорошо известный электрон и допустим, что он реально существует. Он не будет представлять из себя что-то типа мячика. Это скорее энергия в некоторой форме.
Электрон обладает рядом характеристик и условно подходит под название частицы. Он может обладать некоторой формой, которая локализует единичные объекты. Он может быть отделён от другого электрона и обладает собственным зарядом. Он, если верить новым исследованиям, обладает массой. Но при всём при этом, электрон будет оставаться волной.




Все виды электрона

В конечном итоге, любой физик скажет вам, что если попытаться представить электрон, то нужно представить колебание поля, похожее на колебание струны гитары. Всё остальное - это специфика взаимодействия этого колебания с окружающим миром.
А в Telegram моего проекта ещё больше интересного.
Теперь возьмём, например, протон. Это тоже субатомная частица. Но про протон почему-то никогда не услышишь, что это волна. На схемах его охотно рисуют, как мячик. Физические свойства не ставят под сомнение. Вполне себе полноценный физический объект без всякой виртуальности. Опыты Резерфорда обозначили протон как частицу и с тех пор никто даже и не думал назвать его волной.


Протон это +


Чем же протон отличается от электрона? В первую очередь, самое важное, о чём нужно вспомнить - это масса.
Протон намного тяжелее электрона (около 2000 раз), это означает, что длина его волны намного короче, поэтому волновые характеристики (обычно) не играют никакой роли.
Легко создать интерференционные картины света из фотонов. Для электронов это уже сложно. Для протонов это невозможно. Вот вам и все волновые характеристики. Протоны обычно являются частью атомного ядра и не рассматриваются как одиночные изолированные частицы. В большинстве случаев все ядро ​​действует сразу как одна квантовая частица и квантовая физика уже "не так заметна".
Квантовые эффекты нивелируются в макромире. По крайней мере, так считается. Они сохраняют своё влияние на объекты, но это не имеет никакой роли в привычном нам мире. Это начинает проявляться при уменьшении размера частицы. Вместе с этим уходят на второй план и волновые свойства самой частицы.
Поэтому, камень, конечно же, тоже можно описать с точки зрения квантовой физики как набор колебаний и как волну. Но изобилие волн в итоге создаёт что-то, что мы называем материей. Эта концентрированная волна теряет свои волновые свойства и проявляет свойства обычной материи. И конечно же, свойства волны уже практически не проявляет. В этом случае правильнее говорить, что никакая это не волна.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YPg0VQwUzTypef7O
Устройство электрона с квантовой точки зрения.

Устройство электрона с квантовой точки зрения.

Я попытаюсь представить модель электрона в более полном виде: с формой, содержанием и вытекающими последствиями из данных формы и содержания, то есть встроить электрон в жизнь природы.
Вы вошли в темную комнату, где ничего не видно, и на ощупь включили электрическую лампочку. В комнате стало светло, появился свет. Откуда он появился? Из лампочки, точнее из тоненькой вольфрамовой ниточки в лампочке. А почему он появился? Потому что по нити прошел электрический ток. Так говорят ученые и это всем очевидно.
Но дальше проблемы. А что такое свет? Мы видим свет или благодаря ему мы видим? То, что мы видим благодаря свету, сомнений не вызывает. Действительно, пока в комнате не было света, мы ничего не видели, появился свет, и все стало видимым. Но сам свет, точнее носитель света, прямо мы не видим. Это можно представить только косвенно через признаки. Раз в освещенной комнате я вижу стол, то очевидно, что что-то протянулось или прилетело от стола ко мне в глаза, и я увидел его. Ученые это трактуют так. Свет от лампочки попал на стол, отразился от стола и попал мне в глаза. Что-то есть, но в каком оно (свет) виде существует по форме и содержанию? Ученые спорят. Одни говорят это волна, другие говорят, что это корпускула (частица), а третьи говорят, что это волна и частица одновременно.
А вы посмотрите на освещенную трещинку в стекле, какую-нибудь скругленную поверхность автомобиля под солнышком, что-нибудь другое отражающее или ночью на слабенький светодиод, и вы увидите, что от этих предметов свет расходится в виде рваных лучиков, как будь то, от этих предметов летят тоненькие иголочки различной длины.
Вот эти лучики и есть пути следования света. Это косвенные признаки наличия света. Это не сами частички света, называемые фотонами, а освещаемые ими молекулы воздуха, попадающиеся на пути фотона. Воздух в данных случаях это своеобразная камера Вильсона. Из того что данные лучики игольчатые, прерывистые и различной длины можно заключить, что фотоны представляют собой корпускулы. Вот если бы иголочки были одинаковой длины и образовывали круг, то получилась бы волна. То есть свет можно организовать в волну в виде излучения, но сам фотон не есть волна, хотя сам порождается волновыми, точнее вихревыми, движениями электрических и магнитных полей. Все это описано в статьях 1. Квант энергии, из чего он состоит и 2. Квант энергии, как устроен и как движется на этом сайте.

И так фотон и есть тот самый ультиматон, который несет в данном случае световую энергию. Мы знаем, что этот фотон появился из нити накаливания в лампочке. А откуда он появился в нити? Может он и был в нити? Наука на эти вопросы отвечает так. Ускоряемый электрон излучает фотон. Напряжение на концах нити заставляет электроны двигаться и излучать фотоны. А поскольку на движение электронов от напряжения накладываются еще и тепловые движения, то излучаются фотоны различной энергии: красные, синие, желтые и т.д.
Значит, фотон нам поставил электрон. А где электрон добыл этот фотон? Здесь только два пути: либо ретранслировать чужой фотон, то есть поглотить этот фотон, потом излучить его, либо выдать его из себя, а потом пополнить себя. В первом случае фотоны берутся из генератора, а в генераторе они рождаются из электронов ускоряемых, например, механическим вращением. Там нечего ретранслировать. Пока лампочка выключена, на ее концах создан потенциал, все находится в равновесии. Как только лампочку включили, потенциал сразу привел в движение электроны, и они начали излучать фотоны. Как же фотоны хранятся в электроне?
Поскольку, согласно предлагаемой мной модели фотона, его энергия зависит не от частоты, а от количества квантов, намельчайших частиц, переносящих энергию, то фотон представляется в виде нити определенной длины, составленной из квантов. На сегодняшний день можно сказать в виде струны.
Я пока не буду гадать, как образовалось первое кольцо, точнее керн электрона. Я возьму кольцо N и покажу, как формируется следующее кольцо N1.
Слой N может быть первым слоем или каким-нибудь промежуточным. Он показан внутри рисунков. Этот слой (фотон) состоит из 16 квантов. Каждый квант состоит из отрицательного электрического вихря (зеленый кружечек), отрицательного магнитного вихря (синий), положительного электрического вихря (желтый) и положительного магнитного вихря (красный).
Свернутый фотон состоит как бы из трех подслоев. Наружный подслой образуется отрицательными электрическими вихрями, что создает вокруг электрона отрицательное электрическое поле. В среднем подслое движутся магнитные вихри обоих полярностей. Они своим притяжением сжимают (конденсируют) фотон. И третий подслой образуют положительные электрические вихри.
Весь фотон движется по указанной стрелке.
Рассмотрим, что происходит, если на электрон падает фотон.
Возьмем пример с маститого ученого Р. Фейнмана. Он писал в своей знаменитой книге КЭД — странная теория света и вещества.:
Основная задача моих лекций – как можно точнее описать странную теорию взаимодействия света и вещества или, точнее, взаимодействия света и электронов.
И добавил:
Чтобы объяснить все, что я хочу, потребуется много времени.
А затем взял и написал толстую книгу, в которой объяснил, что взаимодействие света и электрона вероятностный процесс, то ли про взаимодействуют, то ли нет. Прямо по анекдоту. Женщину спрашивают, – какая вероятность того, что, выйдя из дома, она встретит динозавра? Ответ – пятьдесят на пятьдесят. Удивление – как так? И снова ответ – либо встречу, либо не встречу.
Вот эти фотоны различной длины сворачиваются в кольца (слои), образуя структуру, представленную на рисунках в состояниях 1-15.










И так, по линии 1 к электрону движется фотон, состоящий из 3 квантов. Кванты в фотоне такие же, как и содержащиеся в электроне. Первый вихрь фотона отрицательный электрический. Состояние 1. Вокруг электрона отрицательный электрический потенциал, который разворачивает отрицательный электрический вихрь обратно. Но так как верхний потенциал электрона вращается совместно с фотоном по часовой стрелке, то вихрь падающего фотона отразится под каким-то углом, то есть его вихрь будет двигаться в том же направлении, что и вращающийся потенциал, удаляясь по радиусу.
Кроме отталкивающей силы на зеленый вихрь, на магнитный положительный (красный), индуцируемый зеленым вихрем, элемент воздействует сила Кауфмана, отклоняющая его по касательной к электрону и удаляющая красный элемент от электрона. В результате зеленый вихрь перейдет из позиции 1 в позицию 2.
Развернувшийся вихрь будет тащить за собой остальные вихри и на позиции 1 окажется вихрь магнитный отрицательный. Состояние 2.
Силы Кауфмана будут прижимать синий вихрь к электрону, но они не могут превозмочь силы уводящие зеленый и синий вихри от электрона. В следующий момент они окажутся на позициях 3 и 2 соответственно. А на позиции 1 окажется положительный электрический вихрь (желтый). Состояние 3.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Желтый положительный вихрь притягивается к отрицательному полю электрона, но этой силы оказывается недостаточно, чтобы удержать три вихря возле электрона, по той причине, что ослабли силы Кауфмана, прижимающие синий вихрь к электрону, и они удаляются в позиции 4, 3 и 2. Состояние 4.
Так как в этих процессах участвуют силы создаваемые не только основными вихрями, но и силы создаваемые индуцируемыми элементами, то равновесное состояние наступит, когда зеленый, синий и желтый вихри окажутся в позициях 5, 4 и 3 соответственно. Эта конструкция, как поплавок в воде, будет двигаться в поле электрона. Состояние 5.
Дальше второй квант начнет поглощаться так же, как и первый, в первом кванте магнитный положительный (красный) под воздействием сил Кауфмана перейдет на позицию 4, остальные вихри первого кванта сдвинуться по орбите электрона не меняя позиций. Первый квант завершил процедуру поглощения. Зеленый вихрь второго кванта перейдет на позицию 1. Состояние 6.
Затем второй и третий кванты будут поглощены так же и под воздействием тех же сил, как и первый квант. Состояния 7-14. Когда будет поглощен третий квант система окажется в состоянии 15. И тут возможны варианты поведения системы.
1. Самый очевидный. Если в слое N1 фотон сможет замкнуться на себя, то есть определенное количество квантов уложиться так, что 1-ый отразившийся квант ровно достанет до последнего отразившегося кванта, то фотон замкнется в слой и будет вращаться, также, как и предыдущий слой. Этот фотон оказался резонансным для электрона, и он его поглотил. И такой поглощенный фотон прочно удерживается на электроне в основном из-за двух таких явлений. В среднем подслое магнитные силы стягивают фотон в обруч без разрывов. А отрицательное поле электрона тянет фотон за положительные электрические вихрь на себя.
2. Фотон оказался короче резонансного. В данном случае не замкнутый фотон не удержится на электроне и будет излучен. Произойдет так называемая ретрансляция. Как это происходит? Получается так, что в процессе поглощения фотона последующие кванты помогают удерживать предыдущие. Возможно хвост предыдущего кванта (красный вихрь) зажат между двумя синими вихрями, чего лишен последний квант в первом случае.
Фотон, какой бы он не был, обязательно будет всегда поглощен полностью, иначе в природе ничего бы не происходило, и не было бы нас. Дело в том, что электрон не знает, какой фотон в данном случае с ним взаимодействует. Он не может решить резонансный это фотон, который он должен поглотить, перейти на следующий уровень и образовать химическую связь, или этот фотон следует просто ретранслировать. Поэтому все фотоны поглощаются до конца, электрон ставится перед фактом и происходит то, что возможно. А что возможно, если фотон короче резонансного? Только излучение. Как это происходит?
Начальный квант не может оторваться от электрона, ибо он не знает, весь ли фотон поглотился или нет. Первым отрывается последний квант, за ним нет последующего кванта, и он не может удержаться электроном. Свернутый фотон, также по тактам, начнет разворачиваться в прямую цепочку. И оторвавшийся фотон начнет двигаться со скоростью света и прямолинейно. Все это мы наблюдаем на призме при дисперсии. Это и ломает луч. Причем чем длиннее фотон, тем больше он держится на электроне. Электрон за это время повернется на больший угол и затем отпустит этот фотон. В красном свете фотоны более короткие, чем в зеленом и поэтому они ломаются меньше, нежели зеленые.
И третий случай
3. Падающий фотон длиннее резонансного. В этом случае фотон будет наматываться весь до конца, увеличивая количество слоев, пока не поглотится последний квант фотона. А так как последний поглощенный квант не сцепился с первым, давящий остаток фотона не дал ему это свершить с промежуточным квантом, то дальше начнется процедура излучения, как и в случае короткого фотона. Фотоны боками друг друга не давят, да и вообще никак не взаимодействуют. Они складываются и вычитаются только на электроне или другой частице. Там, где вы сейчас сидите и читаете это, в каждом объеме пространства находится множество фотонов: световые, тепловые, радиоволновые, телевизионные, реликтовые, гравитационные, инерционные и т.д. И они проходят друг через друга, или рядом не взаимодействуя.
Так как длинные фотоны различной длины, то и время поглощения их плюс время излучения будет различным. И каждый фотон излучится с различной точки электрона. Один фотон полетит прямо, другой в сторону, третий обратно и т.п. Это подтверждается диаграммой томпсоновского рассеяния.
В динамике данные процессы представляются примерно так, как показано в ролике ”Электрон, его устройство”
Мы знаем, что фотоны существуют в виде двух поляризаций. В моей модели фотона тоже две поляризации: в одной вихри вращаются по часовой стрелке, а в другой против часовой стрелки. Каждый электрон может резонансно поглощать и излучать только фотоны одной поляризации соответствующей его спину.
Если на электрон, показанный на рисунках, придет фотон другой поляризации, то он отразится в другую сторону, и будет двигаться противоположно предыдущему слою. При вращении отрицательного электрического вихря (зеленый) в противоположную сторону впереди его будет генерироваться (индуцироваться) не положительный магнитный элемент (красный), а будет генерироваться синий элемент, а за зеленым вихрем будет следовать красный магнитный вихрь. В этом случае квант имеет такую структуру. Рисунок 2



Фотон с такими квантами не будет поглощаться вовсе. Силы Кауфмана будут работать не на удержание кванта в составе электрона, а на его отторжение. Природа не будет делать даже попытки пробовать резонансный ли это фотон или нет? Все равно никакой фотон другой поляризации не будет поглощен электроном противоположной поляризации. Это всем известная хиральность.
Сколько же возможно быть слоев в электроне? Чем слой N1 отличается от слоя N? В слоях могут быть кванты несколько различной формы или в слоях может быть разное количество квантов? Ясно, что в каждом последующем слое квантов не может быть больше, или даже равно, чем в предыдущем слое. Если бы это было не так, то электрон бы увеличивался до бесконечности. Электрон конечен и значит, количество квантов в каждом слое должно уменьшатся. Как это происходит?
Отраженный квант пытается двигаться под углом φ к падающему фотону, как показано на рисунке 4.




Понятно, что чем длиннее окружность слоя, тем большее количество квантов на ней расположится. С другой стороны, чем больше угол наклона, тем меньшее количество квантов упакуется на данной длине окружности. К сожалению, никто не знает настоящие размеры кванта. Я только верю, что в кванте содержится строго определенное количество субстрата энергии и что именно это количество обладает свойством самостоятельного движения. И могу предположить, что электрический и магнитный вихри способны деформироваться, как воздушные, водяные, пыльные и любые другие вихри. Они, сохраняя свою массу, могут увеличиваться и уменьшатся в диаметре и по длине, сохраняя свою плотность или производить такие же изменения, увеличивая и уменьшая свою плотность. Эти деформации зависят от величины напряженности полей в слоях и между слоями. Сочетание всех этих факторов приводит к тому, что в слое N1 фотонов будет меньше чем в слое N. И так с каждым слоем.
В пределе в последнем слое может оказаться всего 1 квант, который замкнется сам на себя. Это может произойти только в случае полной остановки движения электрона относительно вакуума. Данное состояние электрона очень неустойчивое. Достаточно приложить минимальную силу к электрону, и он излучит этот квант. Правда и следующую пару квантов излучить не трудно. Поскольку мы, так или иначе, движемся, то мы и живем на горбе кривой излучения абсолютно черного тела, в основном излучая и поглощая фотоны зеленого, желтого и других близких к этому фотонов.
Помимо электронов в природе существуют и такие частицы как позитроны. Их существование доказано теоретически и подтверждено экспериментально. Предложенная модель строения электрона, подходит для строения позитрона. Сверху позитрона окажутся положительные электрические вихри (желтые) и позитрон будет обладать положительным электрическим полем, которое можно зафиксировать в эксперименте.
На этом возможности природы не исчерпаны. Возможны и другие комбинации вихрей в кванте. Их еще четыре. Впереди может двигаться магнитный вихрь той или другой поляризации, и они могут быть двух полярностей. В данных случаях эти кванты проявляются в торсионных полях. Генераторов таких полей множество. А вот зафиксировать наличие монополей удается довольно редко и то, как обычно, это проявляется в некоторых необъяснимых явлениях. Ну, я думаю это просто дело времени. Рано или поздно, но монополи найдут. Они также упакованы как электрон, только сверху будет магнитное поле той или иной полярности.
Неизвестно есть ли из чего-нибудь керн внутри электрона и если есть, то каких он размеров, ведь он определяет длину первого фотона, или там пустота? В общем, происхождение электрона такая же загадка, как и происхождение жизни.
А какая толщина слоев? Если вихри обладают пластичностью, то возможно, что внутренние слои толще внешних, и электрон приобретает вид летающей тарелки.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZFYLtcL06B_L7ZSC?from_site=mail
Строение Атома
6 мая 2023
855 прочитали

Атом – наименьшая химически неделимая частица вещества.

В центре каждого атома находится ядро, имеющее положительный заряд, а вокруг ядра движутся электроны – отрицательно заряженные частицы (запомните: порядковый номер элемента = числу электронов).

Любой атом, в невозбужденном состоянии, имеет одинаковое число протонов и нейтронов, следовательно:

Атом – электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и электронной оболочки.

Модели строения атома.

В 1903 году английским физиком Д. Томсоном была предложена так называемая «пудинговая» модель строения атома.

Согласно этой модели, атом представляет собой шар, внутри которого по всему объёму распределён положительный заряд — сам «пудинг» — и в нем находятся отрицательно заряженные электроны — «изюм» в пудинге.
"Пудинговая" модель строения атома "Кекс с изюмом": тесто - это положительный заряд, изюм - отрицательно заряженные частицы.

Современная модель строения атома была предложена в 1913 году физиками Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом, эта модель получила название «планетарной».
Планетарная модель строения атома

Строение ядра.

Ядро состоит из протонов (р) (положительно заряженные частицы) и нейтронов (n) (нейтральная частица, заряд которой равен 0).

Главная характеристика атома – это заряд ядра (Z).

No = Np = Z

Вид атомов с одинаковым зарядом ядер называется химическим элементом.

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы.

Каждый элемент имеет своё название и свой символ (знак).

Массовое число – сумма числа протонов и нейтронов в ядре (А).

А = Np + Nn

Nn = A – Np

Массового числа в таблице Менделеева Нет!

Изотопы – разновидности атомов, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Изотопы водорода
Изотопы Хлора

Строение электронной оболочки.

Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра; тк энергия электронов различна, они занимают различные энергетические уровни.

No = Nē в атоме

No ≠ Nē в ионе

Электронная оболочка состоит из:

1) Энергетический уровень (ЭУ)

Число ЭУ равно номеру периода

1, 2, 3, 4,5…

2) Энергетический подуровень

Число подуровней на данном уровне равно номеру уровня: s, p, d, f…

1 s

2 s, p

3 s, p, d

4 s, p, d, f

3) Атомная орбиталь (АО)

Атомная орбиталь - это область пространства, в которой вероятность нахождения электрона максимальна.

На каждой орбитали могут максимально размещаться два электрона, обладающие равной энергией, но отличающиеся особым свойством, спином.

Графически орбиталь принято изображать в виде квадрата, а электроны — в виде стрелок, направленных вверх или вниз.
Атомная орбитальной

Ряд орбиталей, обладающих равной или близкой энергией, образует энергетический уровень (слой).

S – 1 атомная орбиталь

P – 3 атомные орбитали

D – 5 атомных орбиталей

F – 7 атомных орбиталей

Каждая атомная орбиталь имеет определенную конфигурацию в пространстве:
Виды атомных орбиталей

Правила заполнения энергетических подуровней.

1) Принцип наименьшей энергии - электроны заполняют сначала орбитали с наименьшей энергией.

Орбитали заполняются в порядке увеличения энергии, снизу-вверх. Каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной, т. е. среди свободных орбиталей он выбирает орбиталь с самой низкой энергией.

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d < 4f < 6p < 7s….

2) Правило Хунда
Правило Хунда

На атомных орбиталях с одинаковой энергией электроны располагаются по одному с параллельными спинами, т.е. орбитали одного подуровня заполняются так: сначала на каждую орбиталь распределяется по одному электрону, только когда во всех орбиталях данного подуровня распределено по одному электрону, занимаем орбитали вторыми электронами, с противоположными спинами.

3) Запрет Паули (принцип Паули):
Запрет / принцип Паули

На одной атомной орбитали могут находиться на более двух электронов с противоположными спинами (спин – это квантовомеханическая характеристика движения электрона).

План характеристики атомов:

Символ

2. Состав ядра

3. Графическая электронная формула

4. Электронная формула

5. Сокращенная электронная формула

Провал электрона:

Провал электрона – провалом электрона называют переход электрона с внешнего, более высокого энергетического уровня, на предвнешний, энергетически более низкий. Это связано с большей энергетической устойчивостью получающихся при этом электронных конфигураций.

Подобное явление характерно лишь для: Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au.
Провал электрона на примере Хрома Cr

Валентность и валентные электроны.

Валентные электроны – это электроны внешнего уровня + электроны пред внешнего уровня, если он заполнен не до конца.

Неспаренные валентные электроны способны к образованию химической связи, а их число соответствует количеству связей, которые данный атом может образовать с другими атомами.

Валентность – это способность атомов образовывать определенное число химических связей.

Основное и возбужденное состояние атома

Основное и возбужденное состояние атома отражаются на электронных конфигурациях. Возбужденное состояние связано с тем, что при возбуждении пары электронов распариваются и занимают новые ячейки.

Возбужденное состояние является для атома нестабильным, поэтому долгое время в нем он пребывать не может.

У некоторых атомов: азота, кислорода, фтора - возбужденное состояние невозможно, так как отсутствуют свободные орбитали ("ячейки") - электронам некуда перескакивать, к тому же d-орбиталь у них отсутствует (они во втором периоде).

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YwR6ZnUVDgGUg_wR?from_site=mail
Почему частицы постоянно двигаются?



Всё представление о физике материи строится на том, что частицы совершают непрерывное движение. Молекулы, атомы и субатомные частицы никогда не находятся в покое и перемещаются тем или иным способом. Это называется тепловым движением.




Двигаются не только частицы

Если копать чуть глубже, то помимо теплового движения существует ещё и спин. Когда у частицы есть такая характеристика, как спин, то частицы ведут себя так, как будто бы они вращаются вокруг своей оси. Правда квантовые физики ругаются, если сравнивать спин с механическим движением, поскольку это гораздо более фундаментальное понятие. Но мы сейчас не об этом. Так или иначе, наличие спина тоже характеризует частицы, как объекты лишенные покоя.
Принцип неопределенности

Более того, всё понимание, достигнутое современной наукой, базируется сегодня на представлении о движении частиц самого разного порядка. Если это движение пропадёт, то знаменитый принцип неопределенности квантовой механики будет нарушен, поскольку в этом случае и положение, и импульс частицы будут известны с высокой точностью. Вся физика, известная нам сейчас, рухнет.



Принцип неопределенности

Понятно, что придумав какой-то закон ученые не могут обязать природу вести себя тем или иным образом. Я не хотел бы, чтобы у вас сложилось впечатление, что частицы двигаются благодаря существованию принципа Гейзенберга. Тут скорее всё наоборот. Но что же тогда заставляет частицы перемещаться?
Опять парадоксы

Если попытаться ответить на этот вопрос, то обнаружится отсутствие однозначного понимания проблемы. Частицы движутся потому, что они движутся. Наверное лучшего ответа сейчас и не найти.




Тепловое движение

В движении виновата относительность

Начнем, пожалуй, с того, что даже мнимый покой частицы может являться её движением. Состояние же покоя может описываться относительностью системы отсчёта. Даже если не доводить рассуждения до глубины анализа проблемы Эйнштейном, то понятно, что стоя в вагоне поезда, ты не меняешь положение относительно поезда и меняешь его относительно поверхности. Да и сама наша планета перемещается, а значит все покоящиеся объекты относительно планеты перемещаются относительно некоторого тела в космосе вместе с планетой. Это значит, что покоя как такового в многомерном пространстве быть не может и факт неподвижности того или иного объекта означает природную узость восприятия. Само время может существовать благодаря движению частичек.
Но в случае с тем же тепловым движением всё хуже. Нет даже мнимого покоя :) Что же может заставлять частицы перемещаться?
Частица=энергия?




Примерно так может появляться частица из вихрей

Попробуем проанализировать влияние энергии на этот процесс. Многие явления сейчас описываются именно через энергию. Пока энергия является фундаментальным для нашей вселенной понятием, движение не может прекращаться. Частицы движутся потому, что обладают энергией. Это тоже такое себе объяснение, не совсем способное раскрыть суть процесса. Однако, если принять, что энергия есть всё вокруг, тогда это упрощает понимание. Движение становится свойством энергетического поля. Кроме того, согласно современным теоретическим основаниям, частицы сами ещё и являются полями, а точнее - вихрями в полях.
Возможно покой может быть теоретически достижим при абсолютном нуле. Но является ли этот неподвижный мир, не имеющий определенного времени и лишенный энергии, безвозвратно стабильным?
Малейшее отклонение одной частицы от положения равновесия или передача её энергии из-за любой квантовой флуктуации со временем приведет к тому, что вновь начнется хаотическое беспорядочное движение на всех уровнях.
Суть постоянного движения может скрываться и в самом процессе образования материальных частиц любого уровня. Проведем аналогию с вращением планет. Это ещё один очень интересный вопрос, на который есть довольно основательный ответ.
Вращение планет и появление частиц

Почему планеты вращаются? Нет, понятно, что они вращаются так как ничто не мешает им вращаться. Ну а Земля не падает на Солнце поскольку обладает собственным моментом и происходит уравновешивание на уровне классической механики. Вопрос в том, с чего это вдруг планеты завращались!?



Почему двигаются макрообъекты

Если пробежаться кратко по процессу появления планет, то началось всё с газовых облаков. Газовые облака, которые "концентрируются" в планету существуют не в изоляции и испытывают все виды влияния всех видов сил.

Когда две массы во Вселенной перемещаются друг относительно друга, но не двигаются точно по одной прямой, гравитационная сила, испускаемая ими, создаёт крутящий момент.

Облако, из которого получается планета, уже крутится в процессе своего создания. На выходе имеем вращающуюся планету. Любая масса во вселенной уже образовалась с угловым моментом.
Проведем параллели с частицами. Поскольку по некоторым данным частица является энергетическим вихрем, она могла закрутиться ещё на стадии своего формирования в той или иной форме. Ну а дальше всё пошло по понятной схеме масштабирования. Кручение приводило к тому, что частицы толкались, пинались и взаимодействовали. Это могло породить начальное тепловое движение.
Возможный вывод из всей статьи: Частицы обречены на движение, пока они существуют. Пока нам неизвестна природа появления самой частицы сложно найти причину и её постоянного движения.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/Ylp_vpf3pXt7XGlx
Стандартная модель, что это?



В предыдущих статьях я пытался что-то рассказать о некоторых материалах, изложенных в учебнике, который рекомендуется для изучения в ВУЗах, таких как Московский государственный университет, Московский физико-технический институт и возможно других учебных заведениях. Книга написана учеными Б.С. Ишхановым, И.М. Капитоновым, Н.П. Юдиным, и называется “Частицы и атомные ядра”. Этот учебник одобрен высшими научными инстанциями. Я рассмотрел сначала только главу 1, которая называется “Элементарные частицы” и на этом хотел остановится, следуя поговорке – застегнул первую пуговицу не так, весь камзол на перекосяк, но потом решил продолжить изучение этой книги дальше. Я попытаюсь понять, как трактуют авторы, предложенной книги, Стандартную модель частиц.
Вот что я нашел в главе 3 книги, написанной учеными Б.С. Ишхановым, И.М. Капитоновым, Н.П. Юдиным, и названной “Частицы и атомные ядра”.
Глава 3. Фундаментальные частицы Стандартной модели.
В главе 1 авторы рассказывали об элементарных частицах, а в этой главе речь пойдет о фундаментальных частицах. Меня и заинтересовало – разные это частицы или это одни и те же частицы, но с разными названиями? Что общее у этих частиц и чем они разнятся?
Ничего не откладывая в дальний ящик, авторы сразу очерчивают круг фундаментальных частиц:
“Фундаментальными частицами Стандартной модели являются лептоны, кварки и калибровочные бозоны. Кварки и лептоны, частицы с полуцелым спином, образуют вещество. Калибровочные бозоны, частицы со спином J = 1, реализуют взаимодействие между кварками и лептонами”. (Стр. 90).
Тут же в параграфе 1 “Лептоны” приводится список лептонов.




На табличке стандартной модели они представлены зеленым цветом. Как пишут авторы учебника:
“Лептоны считаются бесструктурными частицами. Размер их <10 в -17 степени”. (Стр. 90).
Как видите здесь сомнений о бесструктурности, например, электрона не высказывается вовсе, в отличие от главы 1. Может забыли, что писали в главе 1? Хотя некоторые философские рассуждения о бесструктурности лептонов все-таки есть. Цитата длинная, но я ее все-таки приведу:
“Разумеется, лептоны должны обладать хорошо известными из курсов общей физики характеристиками – внутренним моментом количества движения – спином, массой, зарядом, магнитным моментом и, возможно, какими-то другими характеристиками (например, размерами). Хотя кажется, что эти характеристики не требуют специальных комментариев, в действительности это не так. Возьмем хотя бы размер лептонов. Если эти объекты являются фундаментальными (элементарными), за которыми нет никакой структуры, то они должны быть точечными, т. е. не имеющими размеров. Тогда естественно возникает вопрос, а что такое внутренний вращательный момент частицы и ее магнитный момент? Аналогичный вопрос можно поставить и в отношении массы. Масса определяет внутреннюю энергию частицы – энергию покоя. А что такое внутренняя энергия точечной частицы? На эти вопросы привычная классическая физика не имеет ответа. Таким образом, хотя перечисленные вполне “очевидные” характеристики частиц легко воспринимаются на слух, следует признать их не простую природу и отнести их происхождение к законам квантового мира или, точнее, к законам квантовой теории поля, являющейся теоретическим фундаментом Стандартной модели”. (Стр. 90).
Не знаю, как кому, но мне не особо то известны эти все характеристики из курсов общей физики. Может быть поэтому многие мои оппоненты советуют мне изучать школьные программы. Если с массой, зарядами и размерами я как-то совладал, то есть эти слова у меня ассоциировались с чем-то реальным, то с понятиями спин и магнитный момент было сложнее. Эти два понятия я еще мог бы как-то совместить с физическим движением частицы или ее элементов, то авторы книги указали, что спин никак не связан ни с какими физическими движениями.
Ну а утверждение, что какая-то частица или какой-нибудь физический объект не имеет никаких размеров – убивает наповал. Не помнится, чтобы об этом рассказывал в институте Сивухин Д. В.
Хорошо, давайте этот вопрос отнесем к законам квантовой теории поля. Но ведь не закон квантовой теории поля создает безразмерный объект, если бы такой существовал, его создает природа. Творцам квантовой теории поля кажется, что они подсмотрели, или, как часто говорят популяризаторы науки, угадали законы, то есть путь или алгоритм, по которому природа строит такие объекты. И какие это законы: дуализма, суперпозиции, неопределенности или какие законы? Да и что это за законы – для маленьких одно для больших другое. Как не колдуй над купюрой, она не удваивается хоть тресни. А по другим законам можно получить сколько угодно копий купюр, но со сроком в придачу.
Оказывается, что классическая наука не имеет никакого понятия о внутренней энергии точечной частицы. Да и не может быть никакой энергии в точечной частице. Такое может быть только в головах теоретиков, верящих в Большой взрыв. Пишут всяческие формулы с массой, а о массе смутные представления. И даже появилась какая-то энергия покоя, определяемая массой.
Все просто решается, если понять элементарную причинно-следственную цепочку. Что поступает из розетки на ваш компьютер? Ток. Ток – следствие чего? Движения фотонов. Движение фотонов – следствие чего? Следствие излучения фотонов при ускорении электрона. Ускорение электрона – следствие падения воды на гидроэлектростанции. Вот и все.
Все, что вы берете из розетки в виде фотонов (а другого просто ничего нет в розетке, электроны не в счет, фотоны можно взять и без проводов), хранится в электронах воды на гидроэлектростанции. Вы потом загружаете эти фотоны в электроны компьютера, электрической лампочки, утюга, электробритвы, да чего угодно.
И вот сколько фотонов вы взяли из розетки, столько и можете их распределить по своим приборам. Ни на один фотон больше. Если используете все фотоны для дела, то КПД вашей системы 100%. Об этом рассказывается в статье об энергии и законе сохранения энергии.
Видите, нет в классической теории ответов на такие вопросы: что такое внутренний вращательный момент частицы и ее магнитный момент, что такое внутренняя энергия, что такое масса. А ведь ученым отвечать на эти вопросы надо, а то спросит народ: а за что мы вас кормим? И ученые бойко отвечают: отнести их (массы, энергии, магнитный момент, спин и др.) происхождение к законам квантового мира, точнее к законам квантовой теории поля. А уж квантовая теория поля точно вам все это объяснит и растолкует, что такое масса, энергия и тому подобное, откуда оно взялось и как работает.
И как ни странно многие мои оппоненты верят в это, хотя они и не находят такого объяснения. Они просто чувствуют, что такое объяснение есть, но как им кажется несколько сложное, и поэтому не особо усвояемое.
Интересным в группе лептонов является и то, что в жизни мы можем наблюдать только электрон. Он входит в состав атомов, участвует в потоках электрического тока, работает в электронно-лучевых трубках и тому подобное. А вот мюон и тау – это коротко живущие частицы (мюон 2,19*10 в -6 степени сек, а тау 2,9*10 в -13 степени сек) и они никуда не входят, как составные части. Это просто осколки столкновения каких-нибудь частиц или в ускорителях, или даже в природе частицами, летящими на нашу Землю.
И если электронное нейтрино действительно существует (это одиночный квант. Из этих квантов и состоит электрон), то мюонное и тау нейтрино – это фотоны, которые состоят из набора квантов. Их можно обнаруживать при распаде мюона и тау.
По этим причинам считать лептоны, за исключением электрона и его нейтрино, какими-то стандартными фундаментальными частицами я бы не стал.
О кварках, глюонах и бозонах я уже писал.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YZX08rePMX99W0m7?from_site=mail
https://www.youtube.com/watch?v=5Ds2...ature=emb_logo
Наука до сих пор не знает из чего состоит вещество. Что уже известно?

18 ноября 2021
64K прочитали








Все тела, которые нас окружают - это материя. Конечно сейчас можно вспомнить и ряд объектов, которые сложно отнести именно к материи, скажем различного рода поля. Но пока давайте ограничимся самой простой материей, которая осязаема. Например, металлические сплавы.
Самая простая часть - молекулы

Материальные объекты по современным представлениям состоят из молекул. Молекулами называются структурные единицы с характерными признаками, которые являются этакими кирпичиками, из которых материал построен как кирпичная стенка. Признаки молекулы могут быть химическими свойствами, физическими свойствами и, конечно же, особенностью структур самой молекулы.


Молекула воды

Молекулы удалось увидеть и сегодня даже микроскопы среднего уровня могут сфотографировать молекулу. Соответственно, и никаких вопросов или споров тут уже не возникает.
Следующая ступень - атомы

Но, исходя из здравого смысла, молекулы тоже должны из чего-то состоять или являться мельчайшей структурной единицей. Исследования, которые проводились ещё пару веков назад, доказали, что молекула состоит из атомов, ну а атомы тоже являются кирпичиками, но уже для строительства молекулы. Сами же атомы тоже наблюдаются в современные электронные микроскопы и тоже нет сомнения в их существовании.
Атом под микроскопом
Более глубокие научные работы показали, что и атом состоит из мельчайших объектов. Он образован протонами, нейтронами и электронами. Планетарная модель атома была предложена ещё Резерфордом и не теряет актуальности и сегодня, поскольку в упрощенной форме позволяет представить конструкцию любого атома. Хотя, современные представления уже и не считают эту конструкцию исчерпывающей.
В картину мира мы добавили сразу три структурных единицы. Тут уже всё стало сложнее, потому что появились вопросы, которые в полной мере современное исследовательское оборудование обработать не может.
Электрон уже не так однозначен

Изучение того же электрона продолжается и сегодня. Перед Наукой встал важный вопрос: существует ли электрон вообще? Ведь исходя из полевой теории элементарных частиц, электрон это лишь поляризованное переменное электромагнитное поле с постоянной составляющей. Массу электрона со скрипом удалось определить, а вот форма и размер - предметы спора. Однако, последние исследование всё же позволяют предполагать, что электрон "материален" в нашем понимании этого слова. Скажем, электрон оставляет след в пузырьковой камере. След могла бы оставить и энергия, но вопрос тогда в различимости границ такого следа.

Дальше возникает логичный вопрос из чего электрон состоит. Ведь он подобно более крупным структурным элементам должен состоять из каких-то более мелких частичек. Но пока выделить их не удалось. Потому электрон отнесли к лептонам. У него либо нет, либо пока не установлена внутренняя структура.
Протоны и их устройство

Гораздо интереснее дело обстоит с протонами. Протоны долгое время не могли выделить, поскольку если атом можно было развалить стандартным методом, то есть раскрутить с определенной силой и при достижении нужной энергии столкнуть, то развалить так протон не получалось. Однако, современная техника всё же смогла выполнить эту задачу и примерно в 1950-х годах протон всё-таки раскололи. Правда рады этому не были. Протон аналогично молекулам и атомам всё же состоит из кирпичиков.
Адроны

В результате распада протона были выявлены толпы частиц, объединенных названием адроны. Теперь вы наверняка понимаете, откуда взялось слово адронный колайдер. Сами по себе частички из группы адронов изучались не очень охотно, потому что постоянно распадались и при таких характерных размерах нельзя было говорить ни о какой фото фиксации процесса. Причем количество модификаций и количество частичек такого типа ужасало. В течение последующих лет изучения чуть ли не каждый день открывалась новая частица. Не будем сейчас рассматривать каждую частичку в отдельности.

Кварки

Было предположено, что структура у адронов тоже аналогична кирпичной стенке, то есть они тоже из чего-то состоят. И гипотеза была верной. В 1960-х году был предсказан кварк. В дальнейшем удалось определить, что кварк всё-таки существует. Правда существует он очень короткое время. Невозможность наблюдать кварки долгое время склоняла ученых и скептиков, что это всего лишь математическая абстракция. Но в результате экспериментов на андронном колайдере и выявления группы частиц с последующей их фиксацией, было доказано, что кварки всё же есть.
Кварк сегодня - частица хоть и теоретически доказанная, но всё равно не совсем стабильная. Кроме того, остаётся вопрос, из чего состоят сами кварки. Есть ряд положений, которые позволяют предположить, что кварки тоже можно расколотить на элементарные составляющие. Предсказано наличие преонов.
Нейтроны - ещё одна часть

Ещё у нас остались нейтроны, про которые мы забыли сказать. Нейтроны - это нейтральная частица, которая фактически уравновешивает протоны в ядре атома. Частица эта тяжелая. Вместе с протонами нейтроны относятся к группе нуклоны. Нейтроны также, как и протоны состоят из кварков. По последним данным нейтроны не совсем-таки нейтральные. Существуют ещё и антинейтроны, которые аннигилируют с нейтронами, а значит о нейтралитете говорить неправильно.

Выводы

Исходя из всего сказанного мы можем утверждать, что хоть наука о материалах и сделала огромный шаг вперёд, но говорить сегодня об однозначном понимании устройства вещества нельзя. Объективные знания и очевидные факты по новым теориям пока не накоплены. Поэтому, если спросить любого специалиста о происходящем, то он не сможет дать чёткий и ясный ответ. Будет огромное количество теории, а вот краткого описания из серии "атом состоит из электронов, протонов и нейтронов" мы не увидим. Оно и понятно. Модель мира пока анализируется и дорабатывается.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=eybcxXiYJfc

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZkQv_BjOny5WTpPE?from_site=mail
Наконец-то новая частица! Физики обнаружили первый "глюболл"

Когда речь заходит о Стандартной модели физики элементарных частиц, многие неправильно полагают, что она полностью изучена, верна и что нет открытых вопросов относительно её достоверности. Хотя Стандартная модель действительно выдержала все испытания, которым она подвергалась в ходе прямых экспериментов по обнаружению, остаётся ещё множество вопросов, на которые предстоит ответить. Несмотря на то, что материя, из которой мы состоим, образована атомами, включающими протоны, нейтроны и электроны, где протоны и нейтроны состоят из трёх кварков каждый — все они связаны глюонами через сильное взаимодействие — это не единственный возможный способ существования связанных состояний материи.




Вид сверху на детектор BES III на электрон-позитронном коллайдере в Пекине, Китай. Здесь недавно были обнаружены экзотические частицы, в том числе мезоны X, Y и Z, которые не укладываются в обычную схему кварк-антикварковой комбинации. С частицей X(2370) мы, возможно, обнаружили первый глюбол в истории.

По крайней мере, в теории, согласно квантовой хромодинамике (нашей теории сильного ядерного взаимодействия), должно быть несколько способов создания связанного состояния из кварков, антикварков и/или только глюонов.
Можно иметь барионы (с тремя кварками каждый) или антибарионы (с тремя антикварками каждый). Можно иметь мезоны (с парой кварк-антикварк). Можно иметь экзотические состояния, такие как тетракварки (2 кварка и 2 антикварка), пентакварки (4 кварка и 1 антикварк или 1 кварк и 4 антикварка) или гексакварки (6 кварков, 3 кварка и 3 антикварка или 6 антикварков) и т. д. Или можно иметь состояния, состоящие только из глюонов — без валентных кварков или антикварков — известные как глюболлы.
В радикальной новой статье, только что опубликованной в журнале Physical Review Letters, коллаборация BES III объявила, что экзотическая частица, ранее идентифицированная как X(2370), может действительно быть самым лёгким глюболлом, предсказанным Стандартной моделью. Вот наука этого утверждения, а также его значение.


Следы пузырьковой камеры из лаборатории Ферми, показывающие заряд, массу, энергию и импульс созданных частиц и античастиц. Хотя мы можем реконструировать то, что произошло в точке столкновения для любого отдельного события, нам нужно большое количество статистических данных, чтобы собрать достаточные доказательства, чтобы заявить о существовании любого нового вида частиц.

Если вы хотите найти частицу в мире физики высоких энергий, недостаточно просто создать эту частицу в лаборатории и построить вокруг неё детектор, рассматривая продукты распада и определяя, что произошло в точке создания этой частицы. Проблема этого подхода заключается в том, что в квантовой Вселенной редко бывает один определённый исход, который можно было бы предсказать на основе данного набора начальных условий. Вместо этого можно только предсказать вероятности широкого спектра ожидаемых исходов, а затем требуется множество повторных наблюдений, чтобы определить, соответствуют ли ваши теоретические предсказания тому, что вы наблюдаете или противоречат им.
Это становится особенно важным, когда вы ищете что-то, что должно существовать или происходить в рамках Стандартной модели, но только при редких, возможно особых условиях или обстоятельствах. Каждая нестабильная частица — как фундаментальная, так и составная — имеет набор распадов, которые ей разрешено испытывать, и частоту для каждого пути распада, которая также предсказывается: известна как её ветвящиеся отношения. Хотя мы обычно думаем о создании частицы, как о процессе, происходящем только если у вас достаточно энергии для её создания из энергии, по знаменитой формуле Эйнштейна E = mc², на самом деле многие составные частицы можно обнаружить только по подписям, оставленным при создании в большом количестве других известных частиц, которые затем распадаются.


Частицы и античастицы Стандартной модели теперь все были обнаружены напрямую, последней оказалась бозон Хиггса, пойманный на Большом адронном коллайдере в 2012 году. Сегодня только глюоны и фотоны не имеют массы; у всего остального есть ненулевая масса покоя. Только кварки и глюоны связаны с сильным взаимодействием и испытывают взаимодействия КХД (квантовой хромодинамики).

В 20 веке различные части Стандартной модели сложились воедино. Мы узнали, что атомы состоят из ядер и электронов, а затем что сами атомные ядра состоят из ещё более мелких частиц: протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, делимы на кварки и глюоны. Вскоре было установлено, что кварков не только два типа — верхний и нижний — но и более тяжёлые, экзотические, короткоживущие типы.
Первая частица, содержащая странный кварк, каон, была обнаружена в 1947 году, но объяснение этому (включая существование странного кварка) было найдено только в 1964 году. Первое открытие чарм-кварка произошло в 1974 году, когда была обнаружена частица, известная как J/ψ, двумя независимыми командами: командой Сэмюэля Тинга в Брукхейвене (который назвал её "J" в честь себя, так как китайский символ для Ting — 丁) и командой Бертона Рихтера в SLAC (который назвал её "ψ" в соответствии с другими соглашениями в физике частиц). Дно кварк было обнаружено вскоре после этого в 1977 году, а шестой и последний кварк, предсказанный Стандартной моделью, верхний кварк, был обнаружен в 1995 году.
Все частицы, состоящие из любого из этих тяжёлых, экзотических кварков (или антикварков), фундаментально нестабильны и должны не только распадаться, но и распадаться через слабые взаимодействия, чтобы изменить виды составляющих кварков внутри. Все частицы, содержащие странный, чарм, дно или верхний кварк, не могут оставаться стабильными долго; за доли секунды они распадаются и изменяют вид, переходя в более низкоэнергетические, более лёгкие, более стабильные частицы.


При распаде нейтрального каона (содержащего странный кварк) обычно происходит чистое производство либо двух, либо трёх пионов. Для понимания того, согласуется ли уровень нарушения CP, впервые наблюдаемый при этих распадах, с предсказаниями Стандартной модели, требуются суперкомпьютерные симуляции. За исключением лишь нескольких частиц и комбинаций частиц, почти каждый набор частиц во Вселенной нестабилен, и если они не аннигилируют, они быстро распадутся.

Также существуют правила, которые должны соблюдаться для существования любого составного частиц: полный набор квантовых правил, управляющих Вселенной.
Энергия должна сохраняться, что означает, что если вы хотите изначально создать частицу, у вас должно быть достаточно доступной энергии (через Эйнштейна E = mc²) для того, чтобы эта частица могла быть создана. Электрический заряд, угловой момент, линейный импульс и другие квантовые свойства также должны сохраняться: вы можете создавать только частицы (или пары частица-античастица), которые не нарушают эти законы сохранения. Правила о спине, или внутреннем угловом моменте этих частиц, должны соблюдаться, включая относительно путей распада родительских частиц в дочерние частицы. И если у вас есть какая-либо частица, содержащая кварк и глюон, которые являются единственными частицами, испытывающими сильное ядерное взаимодействие, вы можете создавать только «бесцветное» сочетание этих частиц, даже на мгновение, если хотите, чтобы они существовали.
Правила о сильном ядерном взаимодействии и цвете немного сложнее, чем теории с только одним типом заряда (положительным и притягивающим, как гравитация) или двумя типами заряда (положительным и отрицательным, где одинаковые заряды отталкиваются, а противоположные заряды притягиваются, как в электромагнетизме), и включают три фундаментальных типа заряда — цветной заряд — которые все взаимосвязаны. Хотя у каждого кварка есть цвет, у каждого антикварка есть антицвет, и каждый глюон несет комбинацию цвет-антицвет, существующие связанные состояния должны быть действительно бесцветными.


Комбинации из трех кварков (RGB) или трех антикварков (CMY) бесцветны, как и соответствующие комбинации пар кварк/антикварк. Обмены глюонами, которые поддерживают стабильность этих сущностей, довольно сложны, но требуют восьми, а не девяти глюонов. Частицы с чистым цветным зарядом запрещены в рамках сильных взаимодействий.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Это оставляет нас, возможно, удивительно для некоторых, с огромным количеством возможных комбинаций для создания бесцветных связанных состояний.
Вы можете иметь комбинацию цвет-антицвет, например пару кварк-антикварк, чтобы сделать мезон. Вы можете иметь комбинацию цвет-цвет-цвет или антицвет-антицвет-антицвет, такую как три кварка или три антикварка, чтобы сделать барион или антибарион. Вы можете иметь несколько комбинаций любого из двух вышеуказанных вариантов, чтобы все равно сохранить бесцветное состояние; пока есть равное количество «цветных» и «антицветных» частиц, или если есть избыток одного типа над другим в кратных трех, вы можете иметь бесцветную сущность, включая тетракварки, пентакварки, гексакварки или большее количество кварков. Или вы можете иметь что-то, состоящее исключительно из глюонов — частиц, которые несут в себе комбинацию цвет-антицвет по своей сути — без кварков или антикварков, за исключением тех, которые возникают внутренне как последствие глюонного поля.
Эта последняя возможность редко обсуждается в физике частиц, потому что результирующая сущность — глюболл — не только никогда не обнаруживалась, но и расчет ожидаемых свойств глюболлов был слишком сложной задачей для физиков 20-го века.


Сегодня диаграммы Фейнмана используются при расчете каждого фундаментального взаимодействия, охватывающего слабые и электромагнитные силы, включая условия высокой энергии и низкой температуры/конденсированные. Включение диаграмм более высокого порядка «петли» приводит к более тонким, более точным приближениям истинных значений в нашей Вселенной. Однако сильные взаимодействия нельзя вычислить таким образом и должны либо подвергаться непертурбативным компьютерным расчетам (решеточная КХД), либо требовать экспериментальных входных данных (метод R-отношения) для учета их вкладов.

Но в 21 веке мы можем проводить эти расчеты. Разница в том, что в 20 веке единственной надежной техникой, которую мы имели для расчета свойств квантовых систем, была пертурбативная: где вы постепенно рассчитываете всё более и более сложные термины взаимодействия, чтобы получить всё более и более точные ответы. Этот подход, который был так успешен для квантовой электродинамики (где сила взаимодействия уменьшается на больших расстояниях и имеет малую константу связи при низких энергиях), провалился для квантовой хромодинамики, поскольку сильное взаимодействие усиливается с увеличением расстояния, и его константа связи велика.
Однако с появлением высокопроизводительных вычислений появилась новая техника — решеточная КХД. Обрабатывая пространство-время как дискретную сетку с очень малым внутренним расстоянием, мы можем делать прогнозы для явлений большего масштаба: удержание связанных состояний КХД, условия, при которых должна возникать кварк-глюонная плазма, и даже прогноз для масс различных связанных состояний, включая не только протон и нейтрон, но и тяжелые и экзотические связанные состояния. Иными словами, в то время как в 1990-х годах мы не могли рассчитать полный набор ожидаемых свойств тетракварков, пентакварков и глюболлов, теперь это вычисления, которые мы можем выполнять — с точностью до нескольких процентов — здесь, в 2020-х годах.


Глюоны — это не просто частицы, которые связывают кварки вместе; они также могут быть частицами, которые связывают сами себя в безкварковый комок, известный как глюболл. Самое легкое состояние глюболла может быть обнаружено по распадам частиц, созданных в коллайдерах электрон-позитрон.

Теоретически эти прогнозы теперь включают один для самого легкого глюболла: он должен быть псевдоскаляром, с полным спином 0, без электрического заряда, с нечетной четностью и с массой покоя от 2,3 до 2,6 ГэВ/с². Если вы хотите попытаться экспериментально создать это состояние глюболла, ваша лучшая ставка — создать составную частицу, масса которой немного больше этого значения, но чей распад производит много глюонов и адронов: идеальное место для поиска глюболлов. Благодаря современной технологии и тому, что она имеет именно эти свойства, распады частицы J/ψ обычно считаются отличным местом для поиска этих потенциальных состояний глюболла.
Когда создается частица J/ψ, существует примерно 26% шанс, что она распадется на фотон (который затем может распасться на частицы, содержащие кварки, или пары лептон-антилептон), около 64% шанс, что она распадется на три глюона, и около 9% шанс, что она распадется на фотон и два глюона. Хотя большинство распадов обыденны и хорошо понятны, небольшой вклад от самого легкого глюболла может внести свой вклад в некоторые из этих каналов распада. В частности, если частица J/ψ распадется на:
фотон,
частицу η′,
и пару каонов или пару пионов,
резонанс η′ с парой каонов/пионов может появиться в данных, если он соответствует самому легкому глюболлу.


Эксперимент BES III на Пекинском электрон-позитронном коллайдере 2 в Китае сталкивает электроны и позитроны на энергиях от 2 до 4,7 ГэВ для создания различных известных и ранее неизвестных частиц, включая экзотические состояния КХД. Открытие нескольких состояний тетракварка уже произошло благодаря этой коллаборации, и X(2370) теперь выдвигается как захватывающий кандидат на возможную частицу глюболла.

Наибольшая «фабрика», когда-либо построенная для исследования частицы J/ψ, находится в Пекине на их электрон-позитронном коллайдере, известном как Пекинский спектрометр III (BES III), который начал собирать данные в своей современной форме в 2008 году. В свой первый год BES III накопил около 226 миллионов событий, в которых создавались частицы J/ψ, и к концу 2023 года это накопительное число теперь превышает 10 миллиардов частиц J/ψ. Следовательно, даже редкие события и резонансы, возникающие в результате этих распадов, теперь могут быть исследованы. Было открыто также несколько экзотических состояний: класс частиц, известных как мезоны XYZ, которые теперь известны тем, что включают экзотические состояния, такие как тетракварки.
В целом, с данными, собранными в BES III, они могут объявить окончательные доказательства существования новой составной частицы, известной как X(2370), с:
массой 2,395 ГэВ/с²,
спином 0,
долей ветвления примерно 0,000013 [означающей, что примерно 1 из каждых 76 000 частиц J/ψ распадется на что-то, включая X(2370)],
и которая появляется с кумулятивной статистической значимостью впечатляющих 11,7-σ.
В физике частиц результат, который появляется с значимостью более 5-σ, имеет всего 0,00006% шансов быть статистической случайностью, и любой результат, более значимый, чем это, превосходит «золотой стандарт» для объявления подлинного открытия.


Изначально единственными известными адронами были либо комбинации из трех кварков (барионы), трех антикварков (антибарионы) и пар кварк-антикварк (мезоны). Теперь известны более экзотические состояния, такие как тетракварки, включая показанный здесь Z_c(3900). Глюболлы, пентакварки и другие экзотики остаются заманчивыми и ожидаемыми возможностями.

Хотя частица впервые была объявлена как имеющая массу 2,370 ГэВ/с², поэтому её называют X(2370), последние экспериментальные результаты указывают на то, что её масса более точно составляет 2,395 ГэВ/с², с экспериментальной неопределенностью 0,011 ГэВ/с². Тем временем последние теоретические результаты из решеточной КХД, опубликованные в 2019 году, предсказывали массу 2,395 ± 0,014 ГэВ/с², что показывает впечатляющее согласие между экспериментом и теорией. Эта частица, X(2370), существует и её свойства измеряются лучше, чем когда-либо прежде, при этом последнее исследование стало первым, в котором измерены квантовые числа её спина и четности.
Хотя всё это согласуется с тем, что эта частица является первым когда-либо обнаруженным глюболлом, есть еще причины для осторожности. Во-первых, были обнаружены другие X-мезоны, которые являются лишь резонансами, вовлекающими комбинации кварков и антикварков, а не глюболлы. Кроме того, скорость производства X(2370), наблюдаемая при распадах J/ψ, немного слишком высока, чтобы быть согласующейся с интерпретацией глюболла, хотя эта интерпретация все еще пересматривается. И наконец, отрицательная четность, измеренная для X(2370), согласуется с тем, что это псевдоскаляр, а не скаляр, но это только подтверждает согласие с интерпретацией глюболла: это не окончательное доказательство того, что это действительно глюболл.


Система J/ψ может распадаться на фотон и два глюона, где два глюона могут затем временно создать экзотическую частицу X(2370). Хотя её природа все еще не на 100% определена, интерпретация X(2370) как глюболла остается убедительной, и если это так, это будет первая частица глюболла, когда-либо обнаруженная в эксперименте.

Главный вопрос в центре этого исследования заключается в том, существуют ли глюболлы или нет, поскольку Стандартная модель и теория КХД предсказывают, что они должны, и достаточно ли наблюдений X(2370) для того, чтобы утверждать, что это состояние глюболла. Эти последние результаты — самые сильные и надежные в истории — поддерживают интерпретацию X(2370) как потенциального состояния глюболла и приближают нас на шаг ближе к тому, чтобы подвергнуть этот ключевой аспект Стандартной модели критическому испытанию. Однако, пока вопросы о его скорости производства и ветвящихся отношениях не будут достаточно решены, мы должны оставаться открытыми к тому факту, что это может быть просто еще одно «экзотическое» состояние, такое как тетракварк, которое не состоит исключительно из глюонов.
Тем не менее, с производством многих сотен тысяч частиц X(2370) в результате распада более 10 миллиардов частиц J/ψ, теперь мы твердо измерили больше свойств этой экзотической частицы, чем когда-либо прежде. Она теперь является самым убедительным, интересным кандидатом на глюболл: вид составной частицы, которая должна существовать, но которая никогда ранее не наблюдалась. Тем не менее, требуется еще работа, чтобы определить полную природу частицы X(2370), но это самое сильное доказательство существования глюболла, когда-либо представленное миру. Если во всей природе не существует глюболлов, то что-то новое не так со Стандартной моделью. Если глюболлы существуют, однако, X(2370) может быть первым, который был открыт человечеству.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZmRsZ2AgcmAOppzG
Кварки. Существуют ли они на самом деле?

Вчера
746 прочитали




Сегодня мы поговорим о том, чего никто никогда не видел, но считается, что они существуют. Это кварки.
К 60-м годам прошлого века несколько учёных высказывали подозрение, что некоторые частицы, считавшиеся элементарными и неделимыми, состоят из более простых.
Марри Гелл-Манн, Казухико Нисиджима и Ричард Фейнман независимо друг от друга изучали свойства излучения, испускаемого при распаде адронов (нейтроны, протоны). И сделали следующие удивительные выводы: адроны, по всей видимости, имеют внутреннюю структуру!
Мюррей Гелл-Манн назвал эти предполагаемые частицы кварками. Возможно, потому, что это слово встречается в довольно странном романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», в котором три разные птицы издают три разных крика (Джойс, любивший каламбуры, называет крики птиц «кварками» как бы звукоподражая им): три кварка для Мастера Марка!
Поскольку в то время были известны три кварка, и они были очень странными штуками, это название в конечном итоге прижилось.
Фейнман же назвал предполагаемые субчастицы партонами (от английского «part» - «часть»), поскольку они являются «частью адронов». Однако в итоге было обнаружено, что и кварки, и партоны — это одно и то же. И окончательное название сохранилось «кварки».




Когда открыл кварки и очень этим доволен. Из открытых источников.


В «свободном» состоянии кварки существовать не могут. По крайней мере, долго («долго» в физике элементарных частиц это гораздо меньше секунды). Они всегда связаны, образуя другие частицы, например, протоны, и «прилипают» друг к другу другими посредством частиц, называемых глюонами.
Поэтому, если на новом месте службы старшина роты выдаёт Вам из каптёрки ведро и приказывает отправиться на склад для получения кварков, то вежливо объясните ему, что в природе в свободном виде они никогда встречаются. После чего медленно порвите прямо перед лицом начальника накладную и идите готовиться к внеочередному наряду (шутка).
Но откуда же наука знает, что кварки вообще существуют, если никто никогда их не видел? Правда состоит в том, что никто достоверно ничего, конечно же, не знает. Существует лишь модель, которая не только очень хорошо объясняет поведение и свойства кварков, но и неизвестных ранее частиц, образованных определёнными комбинациями кварков.
Поэтому, несмотря на то, что кварки являются лишь теоретически существующими частицами, и не наблюдаются непосредственно, они объясняют то, что наука знает, и предсказывают то, чего она не знает. Именно поэтому кварковая модель общепринята.
Более того, хотя учёные и не наблюдали кварки непосредственно, они обнаруживали их «следы».
Один из кварков, который мы сейчас опишем, «верхний» кварк, имеет период полураспада на другие частицы около 10^-25секунды. Только представьте, как это мало: за это время свет не смог бы пересечь даже ядро ​​атома! Но учёным удалось, сталкивая частицы, имеющие высокие энергии, произвести «верхние» кварки, а затем обнаружить частицы, на которые они распадаются (другие кварки и бозоны).
Так становится совершенно очевидно, что кварки там присутствовали.
Кварки являются частью Стандартной модели элементарных частиц. И существуют расширения этой модели, предполагающие, что… и сами кварки состоят из каких-то более мелких «составных частей»!
Но сейчас давайте сосредоточимся на наиболее широко распространённой теории, которая утверждает, что кварки являются фундаментальными частицами.
Существует шесть разных кварков, которым даны интересные имена: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный, и, конечно же, их шесть античастиц (по одной на каждый кварк, антиверхний, антинижний...и т.д.).
Три из них (верхний, очарованный и истинный) имеют заряд +2/3, а остальные три (нижний, странный и прелестный) — заряд -1/3. Таким образом, если у Вас в гараже есть, например, два верхних кварка и один нижний, то заряд образовавшейся частицы будет равен 1, а если у вас есть верхний, странный и нижний, то результирующий заряд будет равен нулю и т. д.


Кварки. Из открытых источников.


Все кварки имеют спин 1/2, то есть они являются фермионами. Другими словами, это частицы, которые не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Однако при этом существуют составные частицы, такие как протон, у которых есть два верхних кварка с одинаковым зарядом и одинаковым спином, что, казалось бы, невозможно.
Из этого физики сделали вывод, что существует ещё одно квантовое число, то есть свойство частиц, которое может иметь три значения. Они назвали это новое свойство «цветом» и присвоили ему три возможных значения: красный, зелёный и синий.
Таким образом, протон может иметь два верхних кварка одновременно, но разного «цвета». Кстати, именно эта штука с цветами (которая, конечно, не имеет ничего общего с реальными цветами) дала часть названия квантовой хромодинамике.
Итак: кварки — это фермионы, которые всегда связаны, и не могут существовать в одиночестве. Как мы уже говорили, говоря о протоне, все частицы, состоящие из кварков, называются адронами.
Известны два способа объединения кварков, то есть бывает только два типов адронов: либо два вместе, либо три вместе.
Поскольку спин кварков всегда равен 1/2, то несложно понять, что любая частица с тремя кварками будет фермионом, потому что складывая и вычитая 1/2 три раза, можно получить только -3/2, -1/2, 1/2 или 3/2, но никогда не целое число. Эти частицы, образованные тремя кварками, которые всегда являются фермионами, называются барионами.
А вот любая частица, состоящая из двух кварков, будет иметь спин -1, 0 или 1 (потому что, прибавляя или вычитая 1/2 дважды, вы никогда не сможете получить дробь), то есть это будет бозон. Эти частицы, образованные двумя кварками, всегда бозоны, называются мезонами.
Поскольку кварки «чувствуют» все фундаментальные силы, адроны также ощущают их, хотя некоторые из них (например, нейтрон) могут иметь такую ​​комбинацию кварков, что ни одна из них в целом не влияет на него.
Таким образом, адроны (то есть частицы, состоящие из кварков) могут быть барионами (образованными тремя кварками и, следовательно, фермионами, как протоны и нейтроны) или мезонами (образованными двумя кварками и, следовательно, бозонами). И мы можем «видеть» все эти частицы, но не кварки, из которых они состоят. По крайней мере, на данный момент.
Я надеюсь мой уважаемый читатель не сильно устал от сегодняшнего текста. Но согласитесь, интересно иногда поразмышлять о том, чего никто никогда не видел.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=YHqVdgB7ytI

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZnvdNqO6cgqYkfOs
Никакого ДУАЛИЗМА на самом деле не существует и вот почему

2 дня назад
1,4K прочитали




Про субатомные частицы мы знаем, что они обладают двойственной природой. Проявляют сразу и свойства волны, и свойства физической частицы. Но на самом деле всё гораздо сложнее. Это не те свойства, как у солёного огурца, когда он сразу и огурец, и солёный. С физической точки зрения всё намного сложнее, а общепринятое представление сформировано на обрывках знаний.
Как обычно всё начинается со школы. Хотя нет, пожалуй не буду тут об этом. Давайте обобщим. Человек всегда ищет простое и понятное описание сложных явлений. Одним из таких подходов становится корпускулярно-волновой дуализм. Казалось бы, тут достаточно знать, что частица сразу и волна, и частица, а затем, не углубляясь в дебри, сразу вроде как всё понять.




Традиционный опыт Юнга

На самом деле у частиц нет двойственного поведения. Этот термин является возвратом к Копенгагенской интерпретации и не является в должной мере описательным. Скорее, это два довольно плохих сравнения, смешанные в одну очень плохую аналогию.
Проблема в том, как мы думаем о "частицах", которые на самом деле совсем не являются локализованными, массивными объектами. Они гораздо больше напоминают распределение.


Например так

Двойственность - это аналогия. На самом деле, что еще хуже, это описание сразу двух аналогий, ни одна из которых не является особенно хорошей. В массовом сознании двойственность воспринимается так, что фотон или электрон является одновременно волной и частицей. Или иногда волна, а иногда частица. Но это не что-то из этого: это фотон.

Нам легче всего научиться понимать вещи, сравнивая их с другими вещами, которые мы хорошо понимаем. Мы используем аналогию, метафору и сравнение, но здесь есть проблема с тем, как на самом деле работает естественный язык.

Естественный язык в какой-то момент разбил математику. Я не имею в виду, что она перестала работать, потому что это было бы абсурдно, но набор основополагающих правил, на которых была построена математическая логика, потерпел катастрофический провал, когда было обнаружено, что они вводят возможность внутреннего противоречия, и это было все потому, что они были наивными. Это является лучшим техническим термином для обозначения логической конструкции, построенной на естественном языке (в отличие от формального языка, т. е. с использованием языка логики, математики).

Если вы используете инструмент сравнения, который я сам часто применяю и в статьях, и на лекциях, то нужно быть абсолютно уверенным, что вы выбрали полностью эквивалентную тождественную систему.

Например, мы сравниваем камень с куриным яйцом. У него есть масса, форма, в скорлупе содержится известь. Это твёрдое тело. Но хорошее ли это сравнение? Конечно же нет. Яйцо можно расколоть. Механические свойства не те. Но перепутать всё было бы можно...Плохое сравнение вводит в заблуждение.
Итак, фотон или электрон не являются ни волной, ни частицей. Откуда нам знать? Фотоны локализованы и демонстрируют интерференцию. Это дуальность, которая является просто аналогией того факта, что фотон демонстрирует определенное поведение, которое мы связываем с частицами и волнами соответственно в зависимости от того, как мы с ними взаимодействуем.

Фотоны - это объекты, которые распространяются во многом подобно волнам и взаимодействуют с классическими объектами так же, как классические объекты. Объяснение этому кроется в самом взаимодействии, в котором классическое поведение навязывается фотону во время взаимодействия по причинам, связанным с получением повышенных степеней свободы во взаимодействии.


Вы наверняка видели эту картинку

И если мы уж взяли фотон, то он существует на границе двух волн в электромагнитном поле, одной электрической волны и одной магнитной волны, всегда ортогональных друг другу и поперечных пути распространения фотона, например. Это и не классический объект, и не волновой.
Можно ли вообще тогда говорить о дуальности? Да, можно! Он проявляет два вида свойств. Вопрос что вкладывать в эту двойственность. Это не объект и такой, и такой сразу. Это отдельный объект нового типа, который иногда проявляет характерные свойства.