3. Концепты квантовой механики

Основными концептами квантовой механики являются:

Концепция корпускулярно-волнового дуализма любой объект микромира это одновременно и частица и волна.

Принцип неопределенностей Гейзинберга – чем определеннее значение координат, тем менее определено значение импульса. Физический смысл принципа неопределенностей состоит в том, состояние квантовой системы описывается волновой функцией, которая определяет ее будущие параметры неоднозначно и достоверно, а с определенной достаточно точно вычисляемой вероятностью.

Принцип дополнительности (Н.Бор) – получить полную информацию о микрообъекте можно только путем синтеза (сложения) данных измерения. При этом дополнительными могут оказаться не только сведения одной науки, но и разных наук, изучающих этот объект.

Принцип наблюдательности – квантово-механические представления лишены наглядности, их нельзя сфотографировать или зарисовать. Это не сгустки вещества и не волны, распределенные в пространстве. У квантовых объектов нет параметров доступных для наблюдения. Органам чувств человека доступны не сами квантово-механические параметры, а результаты их взаимодействия с измерительными приборами.

Принцип суперпозиции – если состояние квантового объекта описывается рядом волновых функций, то всегда можно найти суммарную волновую функцию. Концептуальное значение этого принципа в том, что возможно преобразование волновой функции так, чтобы она удовлетворяла волновому уравнению Ấψ_i=a_nψi. Другими словами – если волновая функция может быть представлена в какой-либо точке, то всегда есть комплексные числа, с помощью которых эта функция может быть преобразована так, чтобы удовлетворять волновому уравнению.

4. Мир частиц и античастиц

Элементарные частицы. В начале 30-х годов прошлого века было установлено, что вещество состоит из элементарных частиц. В конце 90-х их насчитывалось более 400. Все микрочастицы имеют маленькие размеры, сравнимые с длиной волны де Бройля (ок. 10^-13 – 10^-18 сантиметра). И маленькую массу (10^-24 -10^-27 грамма). Некоторые из них имеют очень короткое время жизни. Любая элементарная частица это одновременно и частица и плоская или сферическая волна. Для всех микрочастиц характерна взаимопреращаемость. Переход квантового поля из одного состояния в другое меняет число частиц. Число частиц связано с характеристиками поля соотношением неопределенностей Гейзинберга. Т.Е. не возможно такое состояние, когда нет ни частиц, ни поля. Объекты мира движутся со скоростями близкими к скорости света. Для многих частиц существуют античастицы (электрон – позитрон, нейтрино антинейтрино, лептон-антилептон). Понятие античастиц связывают с понятием вакуум.

Понятие вакуума. Вакуум – это объект физического мира, выражающий свойство его физической неразложимости. Это низкоэнергетическое состояние Вселенной, где постоянно возникает и исчезает огромное множество виртуальных и античастиц. Виртуальные частицы - существующие, но не наблюдаемые. Не виртуальные частицы – малые, короткоживущие, но наблюдаемые. При встрече частицы и античастицы происходит аннигиляция. Любая частица может испустить квант взаимодействия. Так как ее свойства при этом не меняются - энергию она берет как-бы взаймы из вакуума. Этот виртуальный квант взаимодействия передается другой частице, которая, получив его – исчезает, возвращая при этом взятую взаймы энергию в вакуум. Кванты – это совокупность виртуальных частиц. Чем больше масса кванта, тем меньшее расстояние успевает он пройти до взаимодействия. То есть механизм квантово-полевого взаимодействия осуществляется в соответствии с концепцией близкодействия.

Классификация элементарных частиц.

Элементарные частицы обладают рядом свойств аналогов, которых нет в макромире. Поэтому отсутствует словарный запас для обозначения этих свойств. Эти свойства отражают квантовые параметры. Квантовые параметры определяются квантовыми числами. Среди которых Спин – это собственный орбитальный момент элементарной частицы. Частицы, имеющие одинаковый орбитальный момент могут находиться в разных состояниях. Квантовый параметр, отражающий возможность нахождения частицы в этих состояниях называется изоспин.

n= 2I+1 – число состояний частицы, обладающей изоспином.

Например: протон и нейтрон представляют собой разные состояния частицы, называемой нуклон

С понятием изоспина связана такая характеристика элементарной частицы как симметрия. К квантовым характеристикам относятся такие, которые обозначаются как странность, очарование, красота, барионный и лептонный заряды и др. Если элементарная частица имеет не нулевое значение хотя бы одного из квантовых чисел – значит у нее есть двойник.