Динамические и статистические закономерности

В классической физике считалось, что предсказание будущего механической системы осуществляется однозначным образом. В этой связи говорят о динамических закономерностях. Под динамическими закономерностями имеются ввиду строго однозначные предсказания.

Оказавшись перед необходимостью изучения свойств систем, состоящих из очень большого числа очень малых частиц, физики вынужденно обратились к статистике. В сложной системе невозможно проследить за историей каждой отдельной частицы, даже если она обладает чётко определёнными параметрами. Для характеристики сложных макроскопических систем стали применять среднее значение параметров частиц, для подсчёта которых использовалось понятие вероятности. В статистических закономерностях осуществляется вероятностная предсказуемость средних значений величин микрообъектов. Считалось, что статистические закономерности имеют своей основой невероятностное (обычное) поведение тех частиц, из которых состоят сложные системы.

Однако, строго говоря, описание поведение любых частиц всегда является не однозначным, а вероятностным, следовательно неправомерно противопоставлять однозначное предсказание вероятностным. Квантовая механика – в принципе статистическая физика, поскольку квантово-механический анализ всегда имеет дело с набором волновых функций, вследствие чего приходится вводить ту или иную статистику. Следовательно, физические закономерности всегда имеют не динамический, а статистический характер. Понятие динамической закономерности, которое столь приятно нашему разуму фактически относится не к самим явлениям, а к способу их рассмотрения. В случае если пренебрегают учётом квантованности явлений (математически это означает, что постоянная планка равна нулю), вместо вероятностной предсказуемости появляется однозначная. Описанный искусственный приём, в зависимости от конкретной ситуации либо полностью неприемлем, либо отчасти. Разумеется, он не отменяет вероятностную природу физических явлений и не способен придать им те черты, которые декларируются в концепции динамических закономерностей.

Однако необходимо отметить, что, как и в классической физике, в квантовой механике сохраняет своё значение различение динамического и феноменологического анализа. В первом случае детально анализируется механизм взаимодействия частиц, приводящих к тем или иным де… Феноменологический анализ и, соответственно, феноменологическая теория имеет дело с явлениями, но не интересуется их внутренней динамикой. В таких случаях ограничиваются рассмотрением так называемых макропараметров физческих систем.

Нет лекции от 7 декабря.

Классификация частиц (лекция 14.12.11)

По величине спинов все элементарные частицы делятся на фермеоны имеющие полуцелый спин и бозоны, имеющие целый спин. Важнейшей характеристикой частиц является их масса покоя. По этому параметру все частицы подразделяются на 3 класса: барионы, мезоны и лептоны. Вне этих трёх классов остаётся фотон. Барионы и мезоны называют по признаку их участия в сильном взаимодействии адронами.

При характеристике частиц важнейшее значение придаётся тому типу взаимодействия, в котором они участвуют. Речь идёт о сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях с учётом того, что все частицы участвуют в гравитационных взаимодействиях.

К барионам относятся протон, нейтрон, гипероны, а также часть резонансов, т.е. частиц временных и промежуточных. Из всех этих частиц стабильной является только протон. Все барионы являются фермеонами, масса их больше массы протона, а так называемый барионный заряд равен +1. Барионы участвуют во всех типах взаимодействий.

Мезоны не обладают барионным зарядом, являются бозонами, а также нестабильными частицами, подобно барионам, мезоны участвуют во всех типах взаимодействий.

К лептонам относятся электрон, мюон и нейтрино. Мюоны являются фермеонами, не участвуют в сильных взаимодействиях и обладают так называемым лептонным зарядом.

Особо следует выделить фотон, который по своим свойствам не относится ни к лептонам, ибо не обладает лептонным зарядом, ни к адронам, так как не участвует в сильных взаимодействиях. Фотон участвует в электромагнитных взаимодействиях, его спин равен 1, а масса покоя тождественно равна нулю.

Если частица обладает ненулевым значением какого-либо из квантовых чисел, то у неё непременно есть «двойник», т.е. античастица с противоположными знаками указанных чисел. У «двойников» одни и те же значения массы, времени жизни, спина и даже изоспина. При встрече друг с другом частица и античастица аннигилируют, т.е. превращаются в чистую энергию (в излучение).

В особый класс элементарных частиц выделяются кванты – переносчики взаимодействий: фотон (электромагнитное взаимодействие), W’+ W’- W’0 – мезоны (слабое взаимодействие), глюоны (сильное взаимодействие), гравитоны (гравитационное взаимодействие). Особо выделяется класс кварков, обладающих, в отличие от «подлинных» элементарных частиц, дробными величинами барионного электрического заряда. Все частицы, участвующие в сильном взаимодействии состоят из кварков.

Частица	Тип частицы по спину	Взаимодействие				Лептонный заряд		Барионный заряд
		Слабое	Электромагнитное	Сильное
Фотон	Бозон	Нет	Да	Нет	-		-
Лептон	Фермеон	Да	Да	Нет	Есть		-
Мезон	Бозон	Да	Да	Да	-		-
Барион	Фермеон	Да	Да	Да	-		Есть