Лектромагнитное взаимодействие Electromagnetic interaction

    Электромагнитное взаимодействие − одно из фундаментальных взаимодействий, обусловленное электромагнитным полем. Интенсивность электро­магнитного взаимодействия частиц определяется безразмерной величиной α = e²/ћc = 1/137, которая называется постоянной тонкой структуры. Переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон. Так как масса фотона равна нулю, радиус электромагнитного взаимодействия R = ћ/mc равен бесконечности.      Сила электростатического взаимодействия изменяется с расстоянием как 1/r². В классической физике электростатическое взаимодействие двух зарядов q₁ и q₂описывается законом Кулона

Электромагнитное взаимодействие играет важную роль в строении материи. Электромагнитное взаимодействие определяет строение атомов и молекул, определяет электромагнитные распады ядер и частиц, определяет процессы ионизации и возбуждения атомов среды. Под действием фотонов высокой энергии происходят реакции фоторождения частиц и фоторасщепления атомных ядер. В силу бесконечного радиуса взаимодействия электромагнитные явления проявляются и на макроскопическом уровне — силы упругости в твёрдых телах, силы вязкости и поверхностного натяжения в жидкостях. Электро­магнитные взаимодействия широко используются в радиотехнике, электронике, электротехнике.

 

 Мезоны − связанные состояния кварка и антикварка. Мезоны имеют барионное число B = 0 и целый (в том числе и нулевой) спин, т. е. являются бозонами. Массы и квантовые числа мезонов определяются типами кварка и антикварка, входящих в состав мезона, их радиальными квантовыми числами, взаимной ориентацией их спинов, значениями изоспинов и орбитальных моментов. Кварковая модель позволяет качественно описать структуру мезонов, получить их квантовые числа. Особое место занимают мезоны для которых можно количественно рассчитать спектры масс. Это семейства мезонов, состоящие из тяжелых кварков − чармоний (c) и боттомоний (b). Спектры их подобны спектрам водородоподобных атомов. Изучение спектров кваркониев позволяет получить важную информацию о природе сильного взаимодействия. На рисунке показана система уровней чармония и переходы между ними. Характерный масштаб возбуждения составляет сотни МэВ, что существенно меньше массы с-кварка. Поэтому можно воспользоваться тем, что движение нерелятивистское и для описания кваркония использовать уравнение Шредингера. В таком подходе кварконий можно рассматривать как систему двух кварков, движущихся в потенциале V(r). Состояния кваркония и волновые функции определяются как решения станционарного уравнения Шредингера.

Квантовая механика Quantum mechanics

    Квантовая механика – фундаментальная физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (молекул, атомов, атомных ядер, частиц) во внешних полях. Более формально квантовая механика – это физическая теория систем, у которых физические величины, имеющие размерность углового момента (момента количества движения) сравнимы с постоянной Планка ћ (ћ = h/2π,  h = 6.6^.10^-34 Дж^.с = 4.1^.10^-15эВ^.с). Этому условию, как правило, удовлетворяют микрочастицы. Квантовая механика включает в себя классическую механику как частный случай, реализующийся для макрообъектов. Обычно в нерелятивистской квантовой механике рассматривается движение микрочастиц, для которых скорость v << с, где с – скорость света.     Квантовая механика в основном была создана в течение первых трёх десятилетий 20-го века благодаря работам М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, А. Комптона,  Л. де Бройля, В. Паули, М. Борна, В. Гейзенберга, Э. Шрёдингера и П. Дирака.      Физической основой квантовой механики является корпускулярно-волновой дуализм, согласно которому любому материальному объекту – частице или волне – присущи как волновые, так и корпускулярные свойства. Корпускулярно-волновой дуализм наиболее ярко проявляется у микрообъектов. Его следствием является необходимость отказа от некоторых классических представлений, возникших в результате наблюдений за движением макроскопических тел. В частности волновые свойства частиц несовместимы с представлением об их движении по определённым классическим траекториям.      Волновые свойства частицы, например, электрона, требуют и соответствующего “волнового” её описания. В квантовой механике частица описывается комплексной функцией ψ(x,t), называемой волновой функцией, амплитуда которой зависит от пространственных координат х (х – совокупность координат) и времени t. Волновая функция ψ(x,t) полностью определяет состояние частицы. Как известно интенсивность любой волны определяется квадратом её амплитуды. Интенсивность волны, связанной с материальной частицей, определяется квадратом модуля волновой функции, т.е. величиной |ψ|² = ψ*ψ. Однако, в отличие от классической волны, величина |ψ(х,t)|² есть вероятность обнаружить частицу в момент времени t в единичном объеме вокруг точки пространства с координатами x. Этот вероятностный характер поведения частицы, во-первых, позволяет отразить волновые свойства объектов при их корпускулярном описании и, во-вторых, принципиально отличает квантовую систему от классической. В классической физике знание положения и импульса частицы в начальный момент и сил, действующих на неё, полностью и однозначно определяет её положение и импульс во все последующие моменты. Т.е. движение классических объектов полностью предопределено (детерминировано). В квантовой механике можно говорить лишь о вероятности обнаружить частицу в каком-то месте пространства, даже при полном знании её начальных кинематических характеристик и всех внешних полей, действующих на неё. И это не связано с какой-то неполнотой квантовых законов, а заложено в природе микрообъектов. Об этом свидетельствуют и соотношения неопределённостей, например, (x,t) Δx·Δp ≈ ћ (Δx – неопределённость в координате, а Δp – неопределённость в импульсе системы). Если потребовать чёткой локализации частицы в пространстве в какой-то момент, т.е. потребовать Δx ≈ 0, то в этот же момент у неё будет полностью неопределённым импульс (Δp ≈ ∞). Таким образом, в следующий момент частица может неконтролируемо переместиться куда угодно и ни о каком предопределённом (детерминированном) движении частицы не может быть и речи.