Введение

Знакомство с современной физикой, в отличие от физики классической, вызывает естественные трудности восприятия основных понятий и идей квантовой механики - этого совершенно нового способа описания состояния микрочастиц и динамических законов, управляющих их движением.

Законы квантовой механики составляют основную теоретическую базу в изучении строения вещества. Так, опираясь на них, удалось выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, понять строение атомных ядер и свойства элементарных частиц.

Трудности при знакомстве с основами квантовой механики начинаются уже с описания основных характеристик самой микрочастицы, ее физического состояния, и, вообще, возможности задания ее начального и текущего состояния и контроля изменения этого состояния в процессе взаимодействия частицы с окружающими ее телами.

Даже сама возможность использования таких, казалось бы очевидных понятий, как пространственное положение микрочастицы, его изменение во времени, движение по траектории - для микрочастицы становится проблема­тичной. Более того, возникает существенное, неожиданное осложнение, связанное с взаимодействием микрочастицы с контролирующим ее движение измерительным прибором. Если в классической физике молчаливо предпо­лагалось, что этим влиянием можно пренебречь, то в квантовой механике, как оказалось, воздействие прибора на микрообъект может радикально изменить его состояние.

Поэтому в теоретическую ткань квантовой механики органично вплетена взаимосвязь величин, характеризующих сами микрочастицы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми приборами.

Настоящая работа, позволит студенту более наглядно познакомиться с удивительными свойствами микрочастиц при их движении и взаимодействии с силовыми физическими полями в самых простых модельных ситуациях.

В процессе подготовки к выполнению работы и при ее непосредственном выполнении студенты приобретают необходимые первоначальные навыки и представления об основных понятиях и этапах решения типичной квантово­-механической задачи.

На примере простейших барьерных задач в работе проводится компьютерное моделирование поведения микрочастицы в силовых полях с прямоугольным потенциалом (типа потенциальной ступени или барьера.)

С этой целью вначале студенту предлагается просмотреть демонстрационную программу, в которой моделируется поведение микрочастицы в зависимости от ее массы и энергии и от изменения силового поля, действующего на микрочастицу.

Можно наблюдать, как при варьировании энергии и массы закономерно меняются амплитуды отраженной и проходящей волн и, что особенно важно, наблюдать типичный квантово - механический эффект - эволюцию осциллирующих функций в экспоненциальные волновые, что соответствует некоторой глубине проникновения Xmax частицы в классически недоступную область.

Прочувствовав механизм возникновения туннельного эффекта, далее, в основной программе, студент уже самостоятельно на примере конкретного задания анализирует изменение состояния частицы и ее движение в двух вариантах силовых полей:

- Потенциальный скачок (ступенька)

- Потенциальный барьер.

В конце работы студент должен графически проанализировать изменение коэффициентов отражения (R) и прохождения (Т), а для случая потенциального барьера, кроме того, провести графический анализ вероятности просачивания сквозь него (D₁) в зависимости от ширины барьера - L, массы частицы - mas и энергии частицы (U₀-E).