Astronet > Zaryad

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Zaryad

- mera vzaimodeistviya elementarnyh chastic. Istoricheski ponyatie 3. vozniklo v svyazi s issledovaniem elektr ostatich. yavlenii i otkrytiem zakona Kulona: sila vzaimodeistviya F dvuh tochechnyh elektrich. 3. q₁ i q₂ v pustote
$F=k q_1 q_2/r_{12}^2$ , (*)
gde r₁₂ - rasstoyanie mezhdu 3. Uslovie otsutstviya v etom vyrazhenii chislennogo mnozhitelya (k) opredelyaet elektrostatich. edinicu 3. (ed. SGSE). V Mezhdunarodnoi sisteme edinic (SI) edinicei elektrich. 3. yavl. kulon (Kl). 1 Kl = $3\cdot 10^9$ ed. SGSE.

Uporyadochennoe dvizhenie elektrich. 3. sozdaet elektrich. tok, sila k-rogo opredelyaetsya kak kolichestvo zaryada, protekayushego cherez sechenie dannogo provodnika za ed. vremeni. S tochki zreniya teorii el.-magn. polya ne sleduet govorit' o vzaimodeistvii 3. mezhdu soboi. 3. sozdayut vokrug sebya pole; sila, deistvuyushaya na 3., - eto sila, s k-roi 3. vzaimodeistvuet s polem. Pri etom v elektrostatich. yavleniyah igraet rol' vzaimodeistvie zaryada (q₁) s polem, sozdannym drugim 3. (q₂). Dvizhushiesya 3., t.e. elektrich. toki, sozdayut takzhe magn. polya i vzaimodeistvuyut s nimi. Kompleks vzaimodeistvii elektrich. 3., tokov i polei opisyvaetsya ur-niyami Maksvella. Eti ur-niya neizbezhno privodyat k zakonu sohraneniya elektrich. 3., soglasno k-romu izmenenie 3. v dannom ob'eme (tele) za opredelennoe vremya ravno raznosti vtekayushih i vytekayushih iz nego tokov, umnozhennoi na eto vremya.

Posle otkrytiya elektronov, nesushih otricatel'nyi elektrich. 3. $e= -4,8\cdot 10^{-10} \mbox{ed. SGSE} = -1,6\cdot 10^{-19}$ Kl, i polozhitel'no zaryazhennyh protonov r s zaryadom toi zhe velichiny (a takzhe yader, soderzhashih razlichnoe chislo protonov) stala vozmozhnoi novaya traktovka 3.: elektrich. 3. dannogo tela raven raznosti chisla protonov i chisla elektronov, umnozhennoi na 3. elektrona (ili protona). Pri etom elektrich. tok raven raznosti potokov etih zhe chastic, s tem zhe mnozhitelem. Zakon sohraneniya elektrich. 3. stal trivial'nym sledstviem predstavleniya o tom, chto elektrony i protony stabil'ny, ne ischezayut i ne voznikayut, a lish' peremeshayutsya iz odnogo mesta v drugoe.

Na sleduyushem etape razvitiya fiziki byli otkryty processy prevrasheniya elementarnyh chastic, napr. raspad neitrona n $\to {\rm p+e}^- + \tilde{\nu}_e$ ili annigilyaciya pary elektron-pozitron ${\rm e^- + e^+}\to \gamma+\gamma$ Princip sootvetstviya treboval, chtoby eti processy ne narushali deistvuyushii v makrofizike zakon sohraneniya elektrich. 3. Otsyuda sledoval vyvod, chto v kazhdom elementarnom akte etot zakon vypolnyaetsya i, v chastnosti, chto elektrich. 3. neitrona i neitrino v tochnosti raven nulyu, poskol'ku neitralen atom vodoroda i 3. elektrona po abs. velichine v tochnosti raven 3. protona. Sohranenie elektrich. 3. v processah annigilyacii trebovalo, chtoby elektrich. 3. antichasticy byl raven vzyatomu s obratnym znakom elektrich. 3. chasticy. Tak, napr., summarnyi elektrich. 3. elektrona i pozitrona raven nulyu.

V kvantovoi mehanike klassich. ponyatiya polozheniya i peremesheniya chasticy teryayut svoi smysl. Poetomu na smenu klassich. predstavleniyam o plotnosti elektrich. 3. i plotnosti toka (tok cherez edinichnoe sechenie provodnika) prihodyat kvantovomehanich. predstavleniya o plotnosti veroyatnosti raspredeleniya 3. i potoke veroyatnosti zaryazhennyh chastic. Izmenenie sostoyaniya zaryazhennyh chastic pri ih vzaimodeistvii s el.-magn. polem opisyvaetsya v kvantovoi mehanike kak perehod iz nachal'nogo sostoyaniya chasticy $\psi_i$ v konechnoe sostoyanie $\psi_f$ . Voznikaet predstavlenie o 3. perehoda $\psi_i \to\psi_f$ i toke takogo perehoda.

Dal'neishee issledovanie elementarnyh chastic pokazalo, chto v ih prevrasheniyah nablyudayutsya i dr. zakonomernosti, podobnye sohraneniyu elektrich. 3. Dlya ih opisaniya vvodyat novye tipy zaryadov (ne imeyushih pryamogo otnosheniya k vzaimodeistviyu s elektrich. ili dr. dal'nodeistvuyushim polem). Tak, napr., vvodyat barionnyi 3. V, opredelyaya ego tak, chto V=+1 dlya protona i neitrona i dr. barionov, V= - 1 dlya antiprotona, antineitrona i dr. antibarionov, V=0 dlya mezonov, leptonov, fotona. Vo vseh izvestnyh v nastoyashee vremya processah barionnyi 3. sohranyaetsya. V chastnosti, stabil'nost' neradioaktivnyh yader yavl. sledstviem zakona sohraneniya barionnogo 3., t.k. takoe yadro yavl. sistemoi s minim. energiei pri dannom V. Analogichno mozhno rassmatrivat' i sohranenie leptonnogo 3., prisushego leptonam (elektronu, myuonu, $\tau$ -leptonu, vsem sortam neitrino i ih antichasticam). Imeyushiesya opytnye dannye svidetel'stvuyut v pol'zu sushestvovaniya treh vidov leptonnogo 3.: elektronnogo L_e, myuonnogo $L_\mu$ i $\tau$ -leptonnogo $L_\tau$ . Obychno prinimayut L_e=+1 dlya e^- i $\nu_e$ , L_e=-1 dlya e⁺ i $\tilde{\nu}_e$ ; $L_\mu=+1$ dlya $\mu^-$ i $\nu_\mu$ , $L_\mu$ =-1 dlya $\mu^+$ i $\tilde{\nu}_\mu$ ; $L_\tau$ =+1 dlya $\tau^-$ i $\nu_\tau$ , $L_\tau$ =-1 dlya $\tau^+$ i $\tilde{\nu}_\tau$ . Dlya vseh ostal'nyh chastic leptonnyi 3. raven raven algebraich. summe leptonnyh 3. vhodyashih v nee chastic, i sohranenie leptonnogo 3. oznachaet, chto raznost' mezhdu chislami leptonov i ih antichastic v processah mikromira dolzhna sohranyat'sya. Kak 3., dlya k-ryh v ryade processov takzhe mozhno primenyat' zakon sohraneniya, chasto rassmatrivayut kvantovye harakteristiki adronov: strannost', ocharovanie, krasotu. Vse ukazannye 3. (barionnyi, leptonnyi i dr.) sushestvenno otlichayutsya ot elektrich. 3., poskol'ku oni ne yavl. istochnikami dal'nodeistvuyushego polya (k dal'nodeistvuyushim otnosyat elektrich. i gravitac. polya). Bolee tochno eti 3. sleduet nazyvat' sohranyayushimisya kvantovymi chislami i sootvetstvenno govorit', napr., o barionnom ili leptonnom chisle.

Priblizhennyi harakter sohraneniya takih 3., kak strannost', ocharovanie i dr., privodit k tomu, chto imeyushie ih chasticy yavl. nestabil'nymi otnositel'no raspada na bolee legkie chasticy. V sovr. teoriyah elementarnyh chastic sohranenie barionnogo i leptonnogo 3. takzhe yavl. priblizhennym, chto mozhet privesti, napr., k nestabil'nosti protona. V otlichie ot ukazannyh 3., elektrich. 3. sohranyaetsya tochno, poetomu elektron (a takzhe pozitron) dolzhen byt' absolyutno stabil'nym.

Sovr. kvantovaya teoriya polya na osnove obobsheniya ponyatiya elektrich. 3. stremitsya opisat' v ramkah edinyh predstavlenii sil'noe, slaboe i el.-magn. vzaimodeistviya elementarnyh chastic (sm. Velikogo ob'edineniya modeli). Eti obobsheniya osnovany na razvitii dinamich. aspekta elektrich. 3. kak istochnika el.-magn. polya. V edinoi teorii el.-magn. i slabogo vzaimodeistvii (elektroslabogo vzaimodeistviya) 3. slabogo vzaimodeistviya yavl. istochnikami sootvetstvuyushih (W $^\pm$ -bozonnyh, Z⁰-bozonnyh) polei. V teorii sil'nogo vzaimodeistviya - kvantovoi hromodinamike - vvodyat tri vida cvetovyh 3., oni yavl. istochnikami sootvetstvuyushih cvetovyh (glyuonnyh) polei.

Obobshennye 3. i sootvetstvuyushie toki v modelyah velikogo ob'edineniya yavl. 3. i tokami kvantovyh perehodov, v k-ryh menyaetsya ne tol'ko sostoyanie chasticy - menyaetsya sama chastica. Takie toki naz. zaryazhennymi, poskol'ku v kvantovom perehode menyaetsya 3., unosimyi rozhdayusheisya zaryazhennoi chasticei. V etom smysle el.-magn. tok kvantovoi elektrodinamiki yavl. neitral'nym: v el.-magn. kvantovyh perehodah mezhdu sostoyaniyami elektricheski zaryazhennoi chasticy elektrich. 3. ne menyaetsya i ispuskaetsya elektricheski neitral'nyi foton. Cvetovye 3. sil'nogo vzaimodeistviya svyazany s cvetovymi tokami perehoda mezhdu razlichnymi cvetovymi sostoyaniyami kvarkov. V takih perehodah ne menyaetsya tip kvarka i, sledovatel'no, ego elektrich. 3. Odnako cvet kvarka v takom perehode menyaetsya. Izmenenie cveta kvarka v cvetovom toke kompensiruetsya ispuskaniem glyuona, obladayushego cvetovym 3.

Sovr. teoriya predpolagaet, chto na ochen' malyh rasstoyaniyah (~ 10^-14-10^-16 sm) imeetsya polnaya ekvivalentnost' vzaimodeistvii 3. slabogo vzaimodeistviya i cvetovyh 3., oni vzaimodeistvuyut po zakonu, analogichnomu zakonu Kulona (*). Odnako s uvelicheniem rasstoyaniya zakon ih vzaimodeistviya menyaetsya. V slabom vzaimodeistvii sushestvennuyu rol' nachinayut igrat' effekty, svyazannye s bol'shoi massoi promezhutochnyh W $^\pm$ i Z⁰-bozonov - perenoschikov slabogo vzaimodeistviya. Glyuony - perenoschiki sil'nogo vzaimodeistviya mezhdu kvarkami - mogut vzaimodeistvovat' i drug s drugom, t.k. obladayut cvetovym 3. (podobnoe vzaimodeistvie u fotonov, ne nesushih elektrich. 3., otsutstvuet). Cvetovoe "samodeistvie" glyuonov privodit k tomu, chto, nachinaya s nek-rogo rasstoyaniya, nastupaet konfainment (uderzhanie cvetovyh 3.): chastica, obladayushaya cvetovym zaryadom (glyuon, kvark), mozhet vyiti iz oblasti uderzhaniya tol'ko posle polnoi kompensacii ee cvetovogo 3. - v forme bescvetnyh (belyh) adronov. Eksperimental'nyi fakt otsutstviya svobodnyh chastic, nesushih cvetovoi 3., kvantovaya teoriya polya svyazyvaet s rostom effektivnogo cvetovogo 3. mezhdu kvarkami s uvelicheniem rasstoyaniya (antiekranirovkoi 3.). Uvelichenie 3. prepyatstvuet vzaimnomu udaleniyu kvarkov na znachit. rasstoyanie, oni obladayut otnositel'noi svobodoi peremesheniya lish' na dostatochno malyh rasstoyaniyah (r< 1 fermi).

V ramkah modelei velikogo ob'edineniya vzaimodeistviya 3. vseh izvestnyh vidov (krome gravitacionnogo) pri energii chastic 10¹⁴-10¹⁶ GeV okazyvayutsya sravnimymi po velichine. Takie modeli, v chastnosti, pozvolyayut ob'yasnit' diskretnuyu prirodu elektrich. 3. (nalichie elementarnogo elektrich. 3.). Neizbezhnym sledstviem etih modelei yavl. sushestvovanie chastic s magn. 3. - magnitnyh monopolei (ideya o vozmozhnom sushestvovanii magn. monopolei byla vyskazana eshe v 1931 g. angl. fizikom P. Dirakom, on osnovyvalsya na kvantovanii elektrich. 3.). Predpolagaemaya massa magn. monopolei sostavlyaet ~ 10¹⁶ GeV, tak chto oni mogli by obrazovyvat'sya tol'ko na ochen' rannih stadiyah evolyucii Vselennoi, kogda energiya vseh chastic byla vysoka.

(Ya.B. Zel'dovich, M.Yu. Hlopov)

Ya. B. Zel'dovich, M. Yu. Hlopov, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Publikacii s klyuchevymi slovami: zaryad - elektricheskii zaryad - zakony sohraneniya Publikacii so slovami: zaryad - elektricheskii zaryad - zakony sohraneniya
Sm. takzhe: Zakony sohraneniya v OTO i ih prilozheniya Vozmozhno li obrazovanie Vselennoi "iz nichego"? Dvoinoi bezneitrinnyi beta-raspad: kazhetsya, pospeshili ... Barionnoe chislo

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati