Неразличимость микрочастиц. Спин. Принцип Паули. Фермионы и бозоны.

Существует принцип тождественности микрообъектов. Все макросистемы индивидуальны, в то время как микрообъекты одинаковы. Признак симметрии волновой ф-ции: (ничего не изменилось). Волновая ф-ция обладает симметрией относительно перестановки микрообъектов. Отсюда волновая ф-ция бывает 2 типов (+-1): симметричные частицы – бозоны(фотоны, гравитоны), антисимметричные –фермионы(нейтрон, электрон, кварки, античастицы). Элементарные частицы – это маленькие вращающиеся волчки. Они характеризуются моментом импульса.Спин– собственный вращательный момент объектов. Спин бозонов принимает целочисленные значения : 0,1,2….*h. Спин фермионов – полуцелый: +-1/2,+-3/2…*h. Поведение фермионов и бозонов отличается. Для фермионов действуетпринципПаули : в одном квантовом состоянии может находиться только один фермион. Для бозонов характерно такое поведение: в одном квантовом состоянии может находиться сколь угодно бозонов; чем больше бозонов, тем сильнее они «заманивают» других.

Следствия принципа Паули: 1) богатство химических элементов; 2)для каждого типа атома (H, He) электронная конфигурация совершенно разная. У разных химических элементов разные оболочки. Квантовая механика (Шредингер) объяснила разнообразие химических элементов и периодическую систему Менделеева, она очень многое объяснила из химии.

№37

Строение атомов. Квантовые числа. Механизм излучения электромагнитных волн атомами и молекулами. Спонтанное и вынужденное излучение.

Открытие сложного строения атома – важнейший этап становления современной физики. В древние времена и далее атомы считались неделимыми. Большую роль в развитии атомистической теории сыграл Д.И.Менделеев, разработавший в 1869 периодическую систему элементов. Во второй половине XIXбыло экспериментально доказано, что электрон является одной из основных частей любого вещества. Первые косвенные подтверждения о сложной структуре атомов были получены при изучении катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Изучение с-в этих лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электронный заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости света. Это и естьэлектроны. Заряд электрона есть наименьший электрический заряд. Томсон предложил первую модель атома, по которой атом – сгусток материи, обладающий положительным электрическим зарядом, в который вкраплено столько электронов, что в целом атом – электрически нейтральное образование. Но эта модель не объясняла испускание положительно заряженных частиц. Эксперименты Резерфорда послужили основой для создания протонно-нейтронной модели атома. Эта модель и определяет современные представления об устройстве атома. В центре атома находится атомное ядро, весь остальной объем – это электроны. Внутри ядра электронов нет, ядро состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов. Число электронов в атоме равно числу протонов в ядре. Вся масса атома сосредоточена в ядре. Электроны движутся вокруг ядра (планетарная модель). Эта модель необходима для объяснения опыта по рассеиванию а-частиц, но она противоречит законам механики и электродинамики, т. к. не позволяет объяснить устойчивость атома. Ведь движение электронов по орбитам происходит с ускорением. Но атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать неограниченно долго, не излучая электромагнитных волн.

Это доказал Бор, который ввел свои квантовые постулаты, определяющие строение атома и условия испускания и поглощения им электромагнитного излучения:

1. Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Е. В стационарном состоянии атом не излучает.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитной энергии.

Переход атома из состояния с меньшей энергией в состояние с большей возможен только при поглощеени атомов энергии. Излучение происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух его стационарных состояниях :

Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называется спонтанным. Спонтанное излучение различных атомов происходит некогерентно, так как каждый атом начинает и заканчивает излучение независимо от других. В 1916 Эйнштейн предсказал, что переходы электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний с испусканием излучения могут происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля. Такое излучение называютвынужденным илииндуцированным.