05.07.2012 в 16:07
Пишет Bercut_bird:05.07.2012 в 20:26
Пишет Atandakil:Спин, бозоны, фермионы...
Мы знаем, что все элементарные частицы в мире принадлежат к одной из двух групп - бозоны или фермионы.
В принципе, эти группы различаются спином. А спин - это удивительное физическое явление, заключающееся в том, что каждый объект несет в себе вращательный момент (момент импульса), зависящий лишь от природы этого объекта и не зависящий от его движения.
Для элементарных частиц спин для наглядности часто представляют как вращение частицы (например, электрон представляют себе как вращающийся шарик). В принципе,так его представлять можно, но только при этом нужно помнить две необходимые вещи - два электрона всегда и всюду "вращаются" одинаково (спин есть характеристика данного типа частиц и его изменить невозможно никаким образом) - и, что труднее представить, если спин считать вращением электрона, то "направление" этого вращения определется условиями наблюдения. То есть, грубо говоря, если вы посмотрите на электрон "спереди" и ось вращения будет направлена на Вас, то, посмотрев на него "сбоку", Вы увидите, что ось вращения все равно направлена на Вас - с какой стороны на частицу не смотри, спин направлен относительно наблюдателя одинаково. Это вызвано тем, что спин - это не вращение, а имманентное свойство элементарной частицы обладать строго определенным моментом импульса и проявлять его во взаимодействиях. То, что в философии именуется атрибутом.
Мало того, что у всех элементарных частиц одного вида спин имеет строго одно и то же значение - так еще и возможных значений спина для различных частиц очень немного. А именно,
спин любой элементарной частицы может быть равным или нулю (у этих типов частиц нет собственного момента импульса и они именуются скалярными) или целому числу, умноженному на 5,27285863х10^-35 Дж*с.
Последняя величина - это постоянная Планка, деленная на 4 пи или, что то же самое, половина постоянной Дирака.
Из-за того, что спин может принимать значения лишь из этого дискретного набора, обычно его измеряют сразу же в величинах, равных постоянной Дирака, и в таком случае говорят, что спин может быть равным 0, 1/2, 1, 3/2...
И вот тут начинается интересное...
Все элементарные частицы одного и того же типа совершенно одинаковы и неотличимы. Если задаться вопросом, что будет с системой из двух тождественных частиц, если их поменять местами, выясняется, что возможны две ситуации - или система не изменится, или ее свойства поменяются на противоположные.
Если для частиц реализуется первый случай, то таких частиц в одном и том же состоянии может находиться бесконечно много - а во втором случае в данном состоянии может находиться одна и только одна частица, и приобрести такие же характеристики (энергию, импульс и проч.) вторая аналогичная частица не может.
Те частицы, для которых реализуется первая ситуация, и называются бозонами (их поведение при перемене мест описывается уравнениями Бозе-Эйнштейна), а если реализуется вторая - частицы именуются фермионами (их система описывается уравнениями Ферми-Дирака).
И вот оказывается, что попадание любого сорта элементарных частиц в одну из этих двух категорий определяется только одной характеристикой - величиной спина этих частиц. А именно, фермионами являются частицы со спином, кратным 1/2 (1/2, 3/2) - полуцелым спином. А частицы со спином 0, 1 или 2 (целым спином) являются бозонами.
Что до больших значений спина - то существуют очень веские физические соображения в пользу того, что для истинно элементарной частицы иметь больший спин невозможно. Но поскольку у составных объектов спины складываются (векторно!), то для составной частицы вполне возможно иметь и большую величину собственного момента.
А вообще, спин - интересная вещь. Любой из нас хорошо знает, что если мы начинаем вращаться, то нам достаточно повернуться на 360 градусов, чтобы прийти в исходное состояние.
А вот фермионы этого не знают. Если фермион со спином 1/2 (а из них состоит наш мир - это электрон, протон, нейтрон...) повернуть на 360 градусов, направление его спина изменится на противоположное. А в исходное состояние он придет только после еще одного поворота на 360 градусов...
Тот факт, что два фермиона не могут существовать в одном и том же энергетическом, вернее, обобщая, квантовом состоянии, означает для нас очень много. Именно этому обстоятельству, тому что они не могут иметь одно и то же состояние, мы обязаны существованием материи - атомов, их ядер, а также протонов и нейтронов, которые построены из элементарных фермионов, именуемых кварками...
То есть, фермионы - это частицы, составляющие материю. Из элементарных частиц к ним относятся: шесть кварков (u, d, c, s, b, t) с антикварками и шесть лептонов (электрон, электронное нейтрино, мюон, мюонное нейтрино, тау-лептон, тау-лептонное нейтрино) с соответствующими античастицами. Спин всех перечисленных частиц - 1/2.
Тот факт, что бозоны могут состоять в одном и том же квантовом состоянии, тоже означает для нас очень много. Они в результате могут формировать передающие взаимодействие волны и поля. Элементарные бозоны - это кванты физических взаимодействий:
- фотон (переночик электромагнитного взаимодействия) - спин 1;
- глюоны (переносчики сильного взаимодействия), числом восемь штук - спин 1,
- векторные бозоны: W-бозоны (два - имеющие положительный и отрицательный электрический заряд и являющиеся друг для друга античастицами) и нейтральный Z-бозон - переносчики слабого взаимодействия - спин 1. Векторными как раз именуются частицы со спином, равным единице (одной постоянной Дирака);
- гравитон - переносчик гравитационного взаимодействия - спин 2;
- бозон Хиггса - пока ненайденный*, но такой необходимый, ибо он есть переносчик гипотетического поля, взаимодействие с которым придает массу частицам - спин 0.
URL записиМы знаем, что все элементарные частицы в мире принадлежат к одной из двух групп - бозоны или фермионы.
В принципе, эти группы различаются спином. А спин - это удивительное физическое явление, заключающееся в том, что каждый объект несет в себе вращательный момент (момент импульса), зависящий лишь от природы этого объекта и не зависящий от его движения.
Для элементарных частиц спин для наглядности часто представляют как вращение частицы (например, электрон представляют себе как вращающийся шарик). В принципе,так его представлять можно, но только при этом нужно помнить две необходимые вещи - два электрона всегда и всюду "вращаются" одинаково (спин есть характеристика данного типа частиц и его изменить невозможно никаким образом) - и, что труднее представить, если спин считать вращением электрона, то "направление" этого вращения определется условиями наблюдения. То есть, грубо говоря, если вы посмотрите на электрон "спереди" и ось вращения будет направлена на Вас, то, посмотрев на него "сбоку", Вы увидите, что ось вращения все равно направлена на Вас - с какой стороны на частицу не смотри, спин направлен относительно наблюдателя одинаково. Это вызвано тем, что спин - это не вращение, а имманентное свойство элементарной частицы обладать строго определенным моментом импульса и проявлять его во взаимодействиях. То, что в философии именуется атрибутом.
Мало того, что у всех элементарных частиц одного вида спин имеет строго одно и то же значение - так еще и возможных значений спина для различных частиц очень немного. А именно,
спин любой элементарной частицы может быть равным или нулю (у этих типов частиц нет собственного момента импульса и они именуются скалярными) или целому числу, умноженному на 5,27285863х10^-35 Дж*с.
Последняя величина - это постоянная Планка, деленная на 4 пи или, что то же самое, половина постоянной Дирака.
Из-за того, что спин может принимать значения лишь из этого дискретного набора, обычно его измеряют сразу же в величинах, равных постоянной Дирака, и в таком случае говорят, что спин может быть равным 0, 1/2, 1, 3/2...
И вот тут начинается интересное...
Все элементарные частицы одного и того же типа совершенно одинаковы и неотличимы. Если задаться вопросом, что будет с системой из двух тождественных частиц, если их поменять местами, выясняется, что возможны две ситуации - или система не изменится, или ее свойства поменяются на противоположные.
Если для частиц реализуется первый случай, то таких частиц в одном и том же состоянии может находиться бесконечно много - а во втором случае в данном состоянии может находиться одна и только одна частица, и приобрести такие же характеристики (энергию, импульс и проч.) вторая аналогичная частица не может.
Те частицы, для которых реализуется первая ситуация, и называются бозонами (их поведение при перемене мест описывается уравнениями Бозе-Эйнштейна), а если реализуется вторая - частицы именуются фермионами (их система описывается уравнениями Ферми-Дирака).
И вот оказывается, что попадание любого сорта элементарных частиц в одну из этих двух категорий определяется только одной характеристикой - величиной спина этих частиц. А именно, фермионами являются частицы со спином, кратным 1/2 (1/2, 3/2) - полуцелым спином. А частицы со спином 0, 1 или 2 (целым спином) являются бозонами.
Что до больших значений спина - то существуют очень веские физические соображения в пользу того, что для истинно элементарной частицы иметь больший спин невозможно. Но поскольку у составных объектов спины складываются (векторно!), то для составной частицы вполне возможно иметь и большую величину собственного момента.
А вообще, спин - интересная вещь. Любой из нас хорошо знает, что если мы начинаем вращаться, то нам достаточно повернуться на 360 градусов, чтобы прийти в исходное состояние.
А вот фермионы этого не знают. Если фермион со спином 1/2 (а из них состоит наш мир - это электрон, протон, нейтрон...) повернуть на 360 градусов, направление его спина изменится на противоположное. А в исходное состояние он придет только после еще одного поворота на 360 градусов...
Тот факт, что два фермиона не могут существовать в одном и том же энергетическом, вернее, обобщая, квантовом состоянии, означает для нас очень много. Именно этому обстоятельству, тому что они не могут иметь одно и то же состояние, мы обязаны существованием материи - атомов, их ядер, а также протонов и нейтронов, которые построены из элементарных фермионов, именуемых кварками...
То есть, фермионы - это частицы, составляющие материю. Из элементарных частиц к ним относятся: шесть кварков (u, d, c, s, b, t) с антикварками и шесть лептонов (электрон, электронное нейтрино, мюон, мюонное нейтрино, тау-лептон, тау-лептонное нейтрино) с соответствующими античастицами. Спин всех перечисленных частиц - 1/2.
Тот факт, что бозоны могут состоять в одном и том же квантовом состоянии, тоже означает для нас очень много. Они в результате могут формировать передающие взаимодействие волны и поля. Элементарные бозоны - это кванты физических взаимодействий:
- фотон (переночик электромагнитного взаимодействия) - спин 1;
- глюоны (переносчики сильного взаимодействия), числом восемь штук - спин 1,
- векторные бозоны: W-бозоны (два - имеющие положительный и отрицательный электрический заряд и являющиеся друг для друга античастицами) и нейтральный Z-бозон - переносчики слабого взаимодействия - спин 1. Векторными как раз именуются частицы со спином, равным единице (одной постоянной Дирака);
- гравитон - переносчик гравитационного взаимодействия - спин 2;
- бозон Хиггса - пока ненайденный*, но такой необходимый, ибо он есть переносчик гипотетического поля, взаимодействие с которым придает массу частицам - спин 0.
*Примечание. Похоже, теперь уже официально найденный.
Для чего бозон Хиггса, спросите Вы?
Дело в том, что четыре частицы - фотон, два W-бозона и Z-бозон - это на самом деле одна частица. А слабое и электромагнитное взаимодействия - это на самом деле одно взаимодействие. Только вот дело в том, что фотоны массы покоя не имеют, а векторные бозоны - имеют. И только поэтому слабое взаимодействие отличается от электромагнитного. А имеют W-бозоны и Z-бозон массу только потому, что им не посчастливилось - упрощенно говоря, эти частицы рождаются фотонами, которых угораздило провзаимодействовать с бозоном Хиггса и получить массу...
Для чего бозон Хиггса, спросите Вы?
Дело в том, что четыре частицы - фотон, два W-бозона и Z-бозон - это на самом деле одна частица. А слабое и электромагнитное взаимодействия - это на самом деле одно взаимодействие. Только вот дело в том, что фотоны массы покоя не имеют, а векторные бозоны - имеют. И только поэтому слабое взаимодействие отличается от электромагнитного. А имеют W-бозоны и Z-бозон массу только потому, что им не посчастливилось - упрощенно говоря, эти частицы рождаются фотонами, которых угораздило провзаимодействовать с бозоном Хиггса и получить массу...