48. Тождественность микрочастиц. Принцип Паули.

Неразличимость тождественных частиц обусловливает симметрию волновой функции. Если при перестановке частиц местами волновая функция не меняет знака, то она называется симметричной, если меняет – антисимметричной. Изменение знака волновой функции не означает изменение состояния частиц, т.к. физический смысл имеет лишь квадрат волновой функции. В квантовой механике принято: характер симметрии волновой функции не меняется со временем. Св-во симметрии ил антисимметрии - характерный признак классификации микрочастиц. Симметрия или антисимметрия определяется спином частиц - их собственным моментом импульса. В зависимости от характера симметрии все частицы и построенные из них системы делятся на два класса. Частицы с полуцелым спином (электроны, протоны, нейтроны) описываются антисимметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Ферми-Дирака; такие частицы называются фермионами. Частицы с нулевым или целочисленным спином (пимезоны, фотоны), описываемые симметричными волновыми функциями и статистикой Бозе-Эйнштейна, относятся к классу бозонов. Сложные частицы, состоящие из нечетного числа фермионов, являются фермионами, а из четного - бозонами.

Зависимость характера симметрии волновых функций системы тождественных частиц от спина частиц теоретически обосновал Паули. Обобщая результаты экспериментов, он сформулировал принцип, согласно которому системы фермионов встречаются в природе только в состояниях, описываемых антисимметричными волновыми функциям (квантово-механическая формулировка принципа Паули). Из него следует более простая формулировка, введенная еще в 1925 г.: в системе одинаковых фермионов любые два из них не могут находиться в одном и том же состоянии. Состояние электрона в атоме однозначно определяется набором четырех квантовых чисел: главного, орбитального, магнитного и спинового. Распределение электронов в атоме подчиняется принципу Паули. Для атома он формулируется так: в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одинаковым набором четырех квантовых чисел. Совокупность электронов, имеющих одно и то же главное число, называется электронной оболочкой.

49. Строение атомного ядра и свойства ядерных сил.

Из опытов Резерфорда следовало, что размер ядра атома 10^-14-10^-15 м (размер атома – около 10^-10м). Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Протонно-нейтронная модель ядра предложена советским физиком Иваненко и развита Гейзенбергом.

Протон имеет положительный заряд, по модулю равный заряду электрона, и массу покоя, превосходящую массу электрона примерно в 1836 раз. Нейтрон - нейтральная частица с массой покоя, приблизительно равной массе покоя протона. Он стабилен только в составе ядер. Свободный нейтрон распадается на электрон, протон и электронное антинейтрино. Его период полураспада около 12 минут.

Протоны и нейтроны называются нуклонами, а общее их число - массовым числом А. Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где e – заряд протона, Z – зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе Менделеева. Заряд ядра определяет специфику химического элемента, т.е. число электронов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутриатомного электрического поля. Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: Х, где Х – символ химического элемента. Ядра с одинаковыми значениями Z, но разными А называются изотопами, а ядра с одинаковыми значениями А, но разными Z - изобарами.

Связь нуклонов в ядре обеспечивают ядерные силы, намного превышающие силы других фундаментальных взаимодействий. Основные св-ва ядерных сил: короткодействие, зарядовая независимость, ядерные силы – силы только притяжения, насыщение, зависимость от взаимной ориентации спинов нуклонов… Весьма сложный характер ядерных сил и трудность точного решения уравнений движения всех нуклонов ядра не позволили пока разработать единую последовательную теорию атомного ядра.