27. Какими особенностями электронного строения определяются свойства кристалла (на примере проводников, полупроводников и диэлектриков)?

В различных вещ-вах, энергетич зоны располагаются по-разному. По взаимному расположению этих зон вещ-ва делят на три большие группы:

1) проводники - зона проводимости и валентная зона перекрываются, образуя 1 зону, называемую зон. проводимости, таким образом, e^- может свободно перемещаться м/у ними, получив любую допустимо малую Е. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, e^- смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя эл. ток. К проводникам относятся все металлы. 2) диэлектрики - зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет > 4эВ. Таким образом, чтобы перевести e^- из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная Е, поэтому диэлектр. ток практически не проводят. (запретная зона очень велика)

3) полупроводники - зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет < 4эВ. Чтобы перевести e^- из валентной зоны в зону проводимости требуется Е меньшая, чем для диэлектр., поэтому чистые полупроводники слабо пропускают ток.

28. Что такое кварки? Кто и когда предложил идею кварков?

Ква́рк — фундаментальная частица в стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3. Из кварков состоят протоны и нейтроны. Предложено в 1964 Цвейгом и Гелл-Манном.

29. Какие разновидности кварков были выделены?

Известно 6 ароматов кварков: u(up),d(down),c(charm),b(beauty),s(strange),t(truth). Кроме того, они могут существовать в 3-х состояниях, которые называются «цветом»: «красный», «синий», «зеленый».

30. Приведите составные формулы нейтрона и протона. Почему кварки никогда не наблюдали в изолированном состоянии, отдельно друг от друга?

Кварковая структура

протона: p={u1 u2 d3},

нейтрона n={u1 d2 d3}.

Предполагается, что кварки имеют дробный эл заряд –е/3 и +2е/3, (где е=1,6*10^-19Кл) и взаимодействуют друг с другом с «силой», увеличиваются с расстоянием. Поэтому их нельзя «разорвать».

31. На какие типы можно разделить элементарные частицы в зависимости от времени жизни (t), массы(m), спина(s)?

t: 1-Стабильные (эл-н, протон);2-Квазистабильные (св-ный нейтрон); 3-Нестабильные.

m: 1)барионы(тяж)-нейтрон, протон; 2)мезоны(средн)--мезоны; 3)лепроны(легк)-ел-н; 4)безмассовые-фотон, гравитон

С полуцелым спином – фермионы(барионы и лептоны)

С целым спином – бозоны( с нулевой массой и мезоны)

32. К каким основным типам сил можно свести все известные взаимодействия в природе?

Все виды сил делятся на 4 типа: 1)гравитационная (самая слабая); 2)э/м-ная(основная сила в составе атомов); 3)сильная ядерная; 4) слабая ядерная.

33. Дайте краткую характеристику гравитационному взаимодействию: основные особенности, на каких расстояниях действует, в явлениях какого масштаба проявляется, примеры взаимодействия, указать частицы-переносчики взаимодействия.

Гравит. взаимод. универсально и явл. основной из сил Вселенной, т.к. действует на больших расстояниях, всегда явл. силой притяжения. Частицы-переносчки - гравитоны. Это самое слабое из фундаментальных взаимодействий.

34. Дайте краткую характеристику электромагнитному взаимодействию: основные особенности, на каких расстояниях действует, в явлениях какого масштаба проявляется, примеры взаимодействия, указать частицы-переносчики взаимодействия.

Электро-магнитное взаимодействие: обусловливает связь заряженных частиц в атомах и молекулах, и в зависимости от заряда может быть притягив. или отталкивающим. Это основная сила в составе атомов. Э-м взаимод. переносится безмассовым бозоном - фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, а значит не может непосредственно взаимодействовать с другими фотонами. Э-м взаимодействие осуществляется на значительных расстояниях. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой на космических масштабах — электрическая нейтральность материи. Пример: приведение в тонус мышцы, т.е. сокращение, и следующее за этим движение позвонка есть макроскопическое проявление электромагнитного взаимодействия.

35. Дайте краткую характеристику слабому ядерному взаимодействию: основные особенности, на каких расстояниях действует, в явлениях какого масштаба проявляется, примеры взаимодействия, указать частицы-переносчики взаимодействия.

Слабое ядерное взаимодействие действует только в масштабе микромира, проявляется при распаде некоторых квазистабильных элементарных частиц; осуществляется на очень малых расстояниях(~10^-16см); играет важную роль в термоядерных реакциях, поэтому активно участвует в эволюции звезд и др. космических объектов. Частицы-переносчики взаимодействия – W±Z^{0 векторные} бозоны. Пример: β-распад нейтрона.

36. Дайте краткую характеристику сильному ядерному взаимодействию: основные особенности, на каких расстояниях действует, в явлениях какого масштаба проявляется, примеры взаимодействия, указать частицы-переносчики взаимодействия.

Сильное ядерное взаимодействие: самое интенсивное; имеет характер притяжения между большинством элементарных частиц; проявляется на расстояниях на уровне ядер(~10^-13см); обеспечивает связь кварков внутри протонов и нейтронов, а также их связь внутри

ядра. Является короткодействующим и на этих расстояниях существенно превосходит электромагнитное взаимодействие. Не зависит от заряда. Частицы-переносчики - глюоны

37. Изобразите и опишите схему взаимодействия между частицами вещества, которую предлагает квантовая теория.

C точки зрения квантовой теории, взаимодействие между частицами осуществляется через поля, окружающие частицы. Поле – совокупность квантов => взаимодействие частиц описывают как обмен квантами соответствующих полей. Частицы-переносчики, которыми обмениваются частицы вещества – виртуальные, т.е. их нельзя зарегистрировать. Частицы переносчики: гравитац.-гравитоны, э/м-фотоны, слаб.яд.-«векторные бозоны», сильн.яд.-глюоны.

38. Откуда у свободной частицы вещества при взаимодействии с другой частицей появляется энергетический ресурс, чтобы испустить соответствующий квант (частицу-переносчик взаимодействия)?

Для испускания частицы-переносчика необходима E=hν, где h – постоянная Планка.

В соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга (ΔЕ Δt больше или равняется пост. Планка ( с горизонт. Чертой)) на очень короткое время Δt может появиться временная (виртуальная частица)

Эта частица не может уйти далеко от места своего рождения.

39. Приведите общую схему классификации элементарных частиц (стандартная модель).

1. адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: мезоны (адроны с целым спином, то есть бозоны); барионы (адроны с полуцелым спином, то есть фермионы). К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома,- протон и нейтрон..

2. лептоны – частицы, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях (электрон, мюон, фотон, нейтрино)

40. На основе какой идеи, когда и кем были объединены описания электромагнитного и слабого взаимодействий?

Физики-теоретики Вейнберг, Глешоу и Салам в 1967 году нашли следующее решение: слабые взаимодействия являются, как и электромагнитные, обменными взаимодействиями..При высоких энергиях фотон и бозон ведут себя одинаково, значит они характеризуют одну частицу.

Были предложены новые частицы - вектор бозоны

41. Каковы основные трудности объединения гравитации с остальными силами? Каковы особенности струнных теорий?

Основная трудность построения теории, которая объединяла бы гравитацию с остальными силами, связана с тем, что общая теория относительности представляет собой классическую теорию, т. е. не включает в себя квантово-механический принцип неопределенности. Другие же частные теории существенно связаны с квантовой механикой.

Среди многих свойств теории струнособенно важны три нижеследующих:

1. Гравитацияиквантовая механикаявляются неотъемлемыми принципами устройстваВселенной, и поэтому любой проект единой теории обязан включать и то, и другое. В теории струн это реализуется.

2. Существуют и другие ключевые концепции, — многие из которых были проверены экспериментально, — являющиеся центральными для нашего понимания Вселенной. В их числе — спин, существование поколений частиц материи и частиц-переносчиков взаимодействия,калибровочная симметрия,принцип эквивалентности, нарушение симметрии исуперсимметрия. Всё это естественным образом вытекает из теории струн.

3. В отличие от более общепринятых теорий, таких, как стандартная модельс её 19 свободными параметрами, которые могут подгоняться для обеспечения согласия с экспериментом, в теории струн свободных параметров нет.