Nașterea perechilor electron-positron.
La energie suficient de mare devine posibil proces de împerechere, atunci când un singur eveniment apar simultan electroni și pozitroni (fig. 64). Acest proces în care natura cuantică vădită a fenomenului, se află în domeniul unor particule, de multe ori kernel-ul, și poate fi explicată doar prin utilizarea noțiunilor mecanicii cuantice relativiste.
În 1928, Dirac a obținut o ecuație relativistă cuantică-mecanică care descrie comportamentul unui electron, în special prezența unui spin și a unui moment magnetic. Când rezolvăm acest lucru
se obține următoarea expresie pentru energia totală a unui electron cu impuls
Din aceasta rezultă că sunt posibile atât valori pozitive, cât și negative ale energiei particulelor până la (de când, momentul în care electronul este zero, energia are două valori: u.
Fig. 64. Nașterea unei perechi de electroni-pozitivi
Fig. 65. Despre teoria lui Dirac
În consecință, atunci când există două intervale de valori ale energiei, separate de un interval, adică energia electronilor poate fi mai mare sau mai mică - (Figura 65):
În a doua regiune, energia și masa totală a electronului sunt negative.
Existența de a merge la infinit pentru nivelul de energie negativa este foarte dificil de interpretat în teoria Dirac. Într-adevăr, contrar realității întâlnit o situație în care un electron în statul ar trebui să se mute pentru a elibera nivelurile inferioare de energie negativa prin care emit. Ulterior, scufundarea inferior și „inferior pe scara de energie înainte de a ar emite toate noile De aceea, Dirac a sugerat că toate nivelurile cu energie negativa sunt ocupate de electroni. Deoarece, în conformitate cu principiul lui Pauli, doar un singur electron poate exista în fiecare tranzițiile de stat devin imposibile și zona de stări energetice negative, o uniformă și, prin urmare, de fond neobservabil. Aceiași electroni observați la fel (apar doar la nivele
Cu toate acestea, dacă vă spun energiile de fond de electroni mai mare decât distanța dintre zonele t. E. Cu cât energia merge în regiunea de energie pozitiva, se va manifesta deja ca un electron obișnuit. În cuantum
mecanicii, astfel de tranziții de la nivelurile energiilor negative nu sunt interzise.
Simultan, în locul în care a părăsit electronul, se creează o "gaură". Când se aplică un câmp electric, celălalt electron din fundal va trece în această "gaură", adică se va deplasa în direcția opusă. În consecință, "gaura" se va comporta în câmpul electric ca un electron încărcat pozitiv. Același lucru ar trebui să se manifeste într-un câmp magnetic.
Astfel, Dirac a arătat că a doua serie de valori ale energiei electronilor poate fi interpretată într-un mod natural, dacă presupunem existența unui electron pozitiv.
În 1932, Anderson a descoperit un astfel de "electron pozitiv" în razele cosmice. El a fost numit pozitron. Această descoperire a fost o confirmare strălucită a teoriei dezvoltate de Dirac.
Cu toate acestea, modelul conform căruia în fiecare punct al spațiului conține un număr infinit de electroni ca neobservabile inutile dovedit. Într-o formă modernă mai perfectă a teoriei, păstrând toate rezultatele anterioare, acesta nu conține „nici o variabile interminabile, inclusiv fundalul unui număr infinit de electroni, și așa mai departe. N. Actul de electroni și pozitroni ca particule egale și antiparticula sunt create simultan, de exemplu, din cauza energiei și capabil să se anuleze reciproc (anihilat) cuante de formare.
Deci, ca un exemplu de un electron și un pozitron a fost primul care a demonstra existența unor particule și antiparticule să se comporte într-un anumit sens, simetric în raport cu toate legile naturii. Dezvoltarea ulterioară a fizicii a condus la descoperirea altor antiparticule, iar acum aproape fiecare particulă are propriul său antiparticule. Această întrebare va fi analizată mai detaliat în capitolul despre particulele elementare.
Este evident că pentru procesul de producere a perechilor există un prag energetic al valorilor energetice sub care procesul nu merge. Aceasta este determinată de energiile totale de odihnă ale electronului și ale pozitronului.
Noi scriem legile conservării energiei și impulsului, sugerând că perechea se naște în domeniul nuclear:
unde - vitezele relative relative ale electronului și ale pozitronului, energiile lor cinetice și, în consecință, energia și impulsul nucleului de recul, - frecvența și impulsul fotonului.
Din aceste ecuații rezultă concluzia importantă că quantumul nu poate forma o pereche în gol. Într-adevăr, dacă procesul este într-un vid, atunci ecuațiile (91) iau forma:
În cazul particular, când energia cinetică a unui electron și a unui pozitron este zero, rezultă din prima ecuație
Aceste ecuații se contrazic între ele (ca în cazul).
În consecință, asocierea poate avea loc numai în al treilea câmp al particulei, care este transmis printr-un impuls dacă a treia particula - miez, datorită masei mari, transporta un consum energetic redus și poate crea raze cu abur. Dacă a treia particula de lumina, de exemplu, un electron, atunci acesta trebuie să primească energie de același ordin ca și particulele pereche, și procesul de producție pereche poate continua numai la energii depășesc în mod substanțial valoarea
Fig. 66 Dependența secțiunii efective pentru producția de perechi pe energie
În fiecare caz, este posibil să se determine energia limită, de unde poate să apară procesul.
Calculele teoretice ale secțiunii efective a procesului de producție a perechilor (la) privind energia și încărcătura substanței conduc la relația
prezentat grafic în Fig. 66.
Valoarea absolută a secțiunii eficace este de aceeași ordine ca și secțiunea transversală bremsstrahlung. La energii înalte, ea este înlocuită de o constantă datorită efectului de ecranare a câmpului nuclear de către electronii atomului.
Deoarece secțiunea transversală efectivă a unei perechi depinde de elementul de bază de încărcare precum și o secțiune a pierderilor de radiație a particulelor încărcate, aici se aplică și conceptul de radiație pe cale de măsurare a lungimii unității în substanță.
Astfel, procesul de producere a perechilor joacă un rol important în trecerea ga-quanta a energiilor înalte în elementele grele.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: