الفوتون هو جسيم أولي وهو كم. رأى الفيزيائيون لأول مرة اصطدام فوتون بفوتون

الفوتون هو جسيم أولي ، كمية من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، طاقة الكم (أي بشكل منفصل) ، حيث ثابت بلانك. الزخم .. إذا كنت تنسب الفوتون إلى وجود ما يسمى. لا توجد "كتلة نسبية" على أساس النسبة ، فعندئذ لن تكون هناك كتلة راحة للفوتون.التأثير الكهروضوئي هو انبعاث الإلكترونات من مادة تحت تأثير الضوء (وبشكل عام ، أي إشعاع كهرومغناطيسي).

حν = أ خروج + ه ك

أين أ خارج- ما يسمى. وظيفة العمل (الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لإزالة إلكترون من مادة ما) ، ه كهي الطاقة الحركية للإلكترون المنبعث (اعتمادًا على السرعة ، إما يمكن حساب الطاقة الحركية للجسيم النسبي أم لا) ، هو تردد الفوتون الساقط مع الطاقة حν, حهو ثابت بلانك.

التأثير الكهروضوئي الخارجي (انبعاث الإلكترون الضوئي) هو انبعاث الإلكترونات بواسطة مادة تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي. 1) لا تعتمد السرعة الأولية القصوى للإلكترونات الضوئية على شدة الضوء الساقط ، ولكن يتم تحديدها فقط من خلال ترددها. 2) يوجد حد أدنى للتردد يكون فيه التأثير الكهروضوئي ممكنًا (الحدود الحمراء) 3) يعتمد تيار التشبع على شدة الضوء الساقط على العينة 4) التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة غير بالقصور الذاتي. لإيقاف التيار الضوئي ، يجب تطبيق جهد سالب (جهد قطع) على الأنود. التأثير الكهروضوئي الداخلي - تغيير في التوصيل الإلكتروني لمادة تحت تأثير الضوء. الموصلية الضوئية متأصلة في أشباه الموصلات. التوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات محدود بسبب نقص حاملات الشحنة. عندما يتم امتصاص الفوتون ، يمر الإلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل. نتيجة لذلك ، يتم تكوين زوج من ناقلات الشحن: إلكترون في نطاق التوصيل وثقب في نطاق التكافؤ. كلتا حاملتي الشحنة ، عندما يتم تطبيق الجهد على أشباه الموصلات ، تخلقان تيارًا كهربائيًا.

عندما يتم إثارة الموصلية الضوئية في شبه موصل جوهري ، يجب أن تتجاوز طاقة الفوتون فجوة النطاق. في أشباه الموصلات ذات الشوائب ، يمكن أن يكون امتصاص الفوتون مصحوبًا بانتقال من مستوى موجود في فجوة النطاق ، مما يجعل من الممكن زيادة الطول الموجي للضوء الذي يسبب الموصلية الضوئية. هذا الظرف مهم للكشف عن الأشعة تحت الحمراء. إن شرط الموصلية الضوئية العالية هو أيضًا معامل امتصاص ضوء كبير ، والذي يتحقق في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة.

16. الضغط الخفيف.

ضغط خفيفهو الضغط الناتج عن موجات الضوء الكهرومغناطيسية التي تسقط على سطح الجسم. تشرح نظرية الكم للضوء الضغط الخفيف كنتيجة لانتقال الزخم بواسطة الفوتونات إلى ذرات أو جزيئات المادة. دع الفوتونات N تسقط على سطح جسم أسود تمامًا مع وجود منطقة S متعامدة عليه كل ثانية:. كل فوتون له زخم. إجمالي الزخم الذي يتلقاه سطح الجسم يساوي. ضغط خفيف: .- معامل الانعكاس - كثافة حجم الطاقة الإشعاعية. النظرية الكلاسيكية

17. Bremsstrahlung وخاصية الأشعة السينية.

إشعاع الأشعة السينية - موجات كهرومغناطيسية ، تكمن طاقة الفوتون فيها على مقياس الموجات الكهرومغناطيسية بين الأشعة فوق البنفسجية وإشعاع جاما ، والذي يتوافق مع أطوال موجية من 10 2 إلى 10 3 Å (من 10 12 إلى 10 7 م). تمثيل تخطيطي لأنبوب الأشعة السينية. X - الأشعة السينية ، K - الكاثود ، A - الأنود (يسمى أحيانًا anticathode) ، C - المشتت الحراري ، يو ح- جهد خيوط الكاثود ، يو أ- تسريع الجهد ، مدخل تبريد مائي وات ، مخرج تبريد مائي. عندما تصبح طاقة الإلكترونات التي تقصف القطب الموجب كافية لإخراج الإلكترونات من الأصداف الداخلية للذرة ، تظهر خطوط حادة على خلفية أشعة الشمس صفة مميزةإشعاع. تعتمد ترددات هذه الخطوط على طبيعة مادة الأنود ، وبالتالي يطلق عليها خاصية مميزة.

Bremsstrahlung - الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من جسيم مشحون أثناء تناثره (الكبح) في مجال كهربائي. لا يمكن أن تكون dp / dλ hv أكبر من الطاقة eU. من قانون الحفاظ على الطاقة المصدر الأكثر شيوعًا لإشعاع الأشعة السينية هو أنبوب الأشعة السينية ، حيث تقوم الإلكترونات التي يتم تسريعها بقوة بواسطة مجال كهربائي بقصف الأنود (هدف معدني مصنوع من معادن ثقيلة ، مثل W أو Pt) ، تعاني من الكبح الحاد عليها. في هذه الحالة ، ينشأ إشعاع الأشعة السينية ، وهو عبارة عن موجات كهرومغناطيسية يبلغ طولها الموجي حوالي 10-12-10-8 أمتار. وقد تم إثبات طبيعة موجة إشعاع الأشعة السينية من خلال التجارب على حيودها ، والتي تمت مناقشتها في الفقرة 182.

تظهر دراسة التركيب الطيفي للأشعة السينية أن طيفها له بنية معقدة (الشكل 306) ويعتمد على كل من طاقة الإلكترونات وعلى مادة الأنود. الطيف هو تراكب طيف مستمر ، مقيد من جانب الأطوال الموجية القصيرة ببعض الحدود دقيقة ، تسمى حدود الطيف المستمر ، وطيف الخط - مجموعة من الخطوط الفردية التي تظهر على خلفية الطيف المستمر .

أظهرت الدراسات أن طبيعة الطيف المستمر لا تعتمد على الإطلاق على مادة القطب الموجب ، ولكنها تحدد فقط من خلال طاقة الإلكترونات التي تقذف الأنود. أظهرت دراسة تفصيلية لخصائص هذا الإشعاع أنه ينبعث من الإلكترونات التي تقصف القطب الموجب نتيجة تباطؤها أثناء التفاعل مع الذرات المستهدفة. لذلك يسمى طيف الأشعة السينية المستمر طيف أشعة الشمس. يتوافق هذا الاستنتاج مع النظرية الكلاسيكية للإشعاع ، حيث إن تباطؤ الشحنات المتحركة يجب أن ينتج بالفعل إشعاعًا بطيف مستمر.

ومع ذلك ، فإن وجود حدود الموجة القصيرة للطيف المستمر لا يتبع من النظرية الكلاسيكية. ويترتب على التجارب أنه كلما زادت الطاقة الحركية للإلكترونات التي تسبب أشعة إكس ، كانت أصغر دقيقة. هذا الظرف ، بالإضافة إلى وجود الحدود نفسها ، يتم تفسيرها من خلال نظرية الكم. من الواضح أن الطاقة المقيدة للكم تتوافق مع حالة التباطؤ هذه ، حيث يتم تحويل الطاقة الحركية الكاملة للإلكترون إلى طاقة الكم ، أي

أين يو- فرق الجهد ، بسبب نقل الطاقة إلى الإلكترون هالأعلى ،  max - التردد المقابل لحدود الطيف المستمر. ومن هنا الطول الموجي المحدد

في التفسير الحديث ، تنص فرضية الكم على أن الطاقة هيمكن أن تساوي اهتزازات الذرة أو الجزيء حالخامس ، 2 حالخامس ، 3 حν ، وما إلى ذلك ، ولكن لا توجد اهتزازات مع الطاقة بين مضاعفات عدد صحيح متتالي من. هذا يعني أن الطاقة ليست مستمرة ، كما كان يعتقد منذ قرون ، ولكن محددة ، بمعنى آخر. موجود فقط في أجزاء منفصلة محددة بدقة. أصغر جزء يسمى كمية الطاقة . يمكن أيضًا صياغة فرضية الكم على أنها بيان مفاده أن الاهتزازات على المستوى الجزيئي الذري لا تحدث مع أي سعة. ترتبط قيم السعة المسموح بها بتردد التذبذب ν .

في عام 1905 ، طرح أينشتاين فكرة جريئة عممت فرضية الكم ووضعتها في أساس نظرية جديدة للضوء (النظرية الكمومية للتأثير الكهروضوئي). حسب نظرية أينشتاين ، ضوء مع ترددν ليس فقط المنبعثة، كما اقترح بلانك ، ولكن أيضًا ينتشر ويمتص بواسطة المادة في أجزاء منفصلة (كوانتا)التي طاقتها. وبالتالي ، لا ينبغي اعتبار انتشار الضوء كعملية موجية مستمرة ، ولكن كتيار من كوانتا الضوء المنفصل المترجمة في الفضاء ، ويتحرك بسرعة انتشار الضوء في الفراغ ( مع). كمية الإشعاع الكهرومغناطيسي تسمى الفوتون .

كما قلنا من قبل ، فإن انبعاث الإلكترونات من سطح المعدن تحت تأثير الإشعاع الساقط عليه يتوافق مع مفهوم الضوء كموجة كهرومغناطيسية ، منذ ذلك الحين يعمل المجال الكهربائي للموجة الكهرومغناطيسية على الإلكترونات في المعدن ويسحب بعضها. لكن أينشتاين لفت الانتباه إلى حقيقة أن تفاصيل التأثير الكهروضوئي التي تنبأت بها نظرية الموجة ونظرية الفوتون (الجسيم الكمومي) للضوء تختلف اختلافًا كبيرًا.

لذلك ، يمكننا قياس طاقة الإلكترون المنبعث ، بناءً على نظرية الموجة والفوتون. للإجابة على السؤال عن النظرية الأفضل ، دعونا نلقي نظرة على بعض تفاصيل التأثير الكهروضوئي.

لنبدأ بنظرية الموجة ، ونفترض ذلك اللوحة مضاءة بضوء أحادي اللون. تتميز الموجة الضوئية بالمعلمات: الشدة والتردد(أو الطول الموجي). تتنبأ نظرية الموجة أنه عندما تتغير هذه الخصائص ، تحدث الظواهر التالية:

· مع زيادة شدة الضوء ، يجب زيادة عدد الإلكترونات المقذوفة وطاقتها القصوى ، لأن تعني شدة الضوء الأعلى سعة أكبر للمجال الكهربائي ، ويخرج المجال الكهربائي الأقوى إلكترونات بمزيد من الطاقة ؛

إلكترونات مقذوفة تعتمد الطاقة الحركية فقط على شدة الضوء الساقط.

تنبأت نظرية الفوتون (الجسيمية) باختلاف تمامًا. بادئ ذي بدء ، نلاحظ أنه في الحزمة أحادية اللون ، تمتلك جميع الفوتونات نفس الطاقة (تساوي حالخامس). الزيادة في شدة الحزمة الضوئية تعني زيادة في عدد الفوتونات في الحزمة ، ولكنها لا تؤثر على طاقتها إذا ظل التردد دون تغيير. وفقًا لنظرية أينشتاين ، يُطرد إلكترون من سطح المعدن عندما يصطدم به فوتون واحد. في هذه الحالة ، يتم نقل كل طاقة الفوتون إلى الإلكترون ، ويزول الفوتون من الوجود. لان يتم الاحتفاظ بالإلكترونات في المعدن بواسطة قوى جذابة ، والحد الأدنى من الطاقة مطلوب لضرب إلكترون من سطح المعدن أ(والتي تسمى دالة الشغل وهي ، بالنسبة لمعظم المعادن ، قيمة بترتيب عدة إلكترونات فولت). إذا كان تردد ν للضوء الساقط صغيرًا ، فإن طاقة وطاقة الفوتون لا تكفي لإخراج إلكترون من سطح المعدن. إذا ، ثم تطير الإلكترونات من سطح المعدن ، و الطاقة في هذه العمليةمحفوظ ، أي طاقة الفوتون ( حν) تساوي الطاقة الحركية للإلكترون المقذوف بالإضافة إلى عمل إخراج الإلكترون من المعدن:

(2.3.1)

المعادلة (2.3.1) تسمى معادلة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي الخارجي.

بناءً على هذه الاعتبارات ، تتنبأ نظرية الفوتون (الجسيمي) للضوء بما يلي.

1. زيادة شدة الضوء تعني زيادة في عدد الفوتونات الساقطة ، والتي تقطع المزيد من الإلكترونات من سطح المعدن. ولكن نظرًا لأن طاقة الفوتونات هي نفسها ، فلن تتغير الطاقة الحركية القصوى للإلكترون ( تم تأكيدأنا القانون الكهروضوئي).

2. مع زيادة وتيرة الضوء الساقط ، تزداد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات خطيًا وفقًا لمعادلة أينشتاين (2.3.1). ( تأكيدثانيًا قانون التأثير الكهروضوئي). يظهر الرسم البياني لهذا الاعتماد في الشكل. 2.3

,

أرز. 2.3

3. إذا كان التردد ν أقل من التردد الحرج ، فلا يوجد طرد للإلكترونات من السطح (III قانون).

لذلك ، نرى أن تنبؤات نظرية الجسيمات (الفوتون) مختلفة تمامًا عن تنبؤات نظرية الموجة ، لكنها تتفق جيدًا مع القوانين الثلاثة التي تم وضعها تجريبيًا للتأثير الكهروضوئي.

تم تأكيد معادلة أينشتاين من خلال تجارب ميليكان التي أجريت في 1913-1914. يتمثل الاختلاف الرئيسي عن تجربة ستوليتوف في أنه تم تنظيف السطح المعدني في فراغ. تمت دراسة اعتماد الطاقة الحركية القصوى على التردد وتم تحديد ثابت بلانك ح.

في عام 1926 ، قام الفيزيائيون الروس بي. Lukirsky و S. استخدم Prilezhaev طريقة مكثف كروي الفراغ لدراسة التأثير الكهروضوئي. كان الأنود عبارة عن جدران مطلية بالفضة لحاوية زجاجية كروية ، وكان القطب السالب عبارة عن كرة ( ر 1.5 سم) من المعدن الذي تم فحصه الموضوعة في وسط الكرة. جعل هذا الشكل من الأقطاب الكهربائية من الممكن زيادة انحدار CVC وبالتالي تحديد جهد التثبيط بدقة أكبر (وبالتالي ، ح). قيمة ثابت بلانك حالتي تم الحصول عليها من هذه التجارب تتفق مع القيم التي تم العثور عليها من خلال طرق أخرى (عن طريق إشعاع الجسم الأسود والحدود ذات الطول الموجي القصير لطيف الأشعة السينية المستمر). كل هذا دليل على صحة معادلة أينشتاين ، وفي نفس الوقت على نظريته الكمومية للتأثير الكهروضوئي.

لشرح الإشعاع الحراري ، افترض بلانك أن الضوء ينبعث من الكميات. اقترح أينشتاين ، عند شرحه للتأثير الكهروضوئي ، أن الضوء يمتص بواسطة الكميات. اقترح أينشتاين أيضًا أن الضوء ينتشر في الكميات ، أي أجزاء. كمية الطاقة الضوئية تسمى الفوتون . أولئك. جاء مرة أخرى إلى مفهوم الجسيم (الجسيم).

جاء التأكيد الأكثر مباشرة لفرضية أينشتاين من تجربة بوث ، التي استخدمت طريقة المصادفة (الشكل 2.4).

أرز. 2.4

رقائق معدنية رقيقة Fتوضع بين عدادات لتصريف الغاز منتصف. تمت إضاءة الرقاقة بشعاع ضعيف من الأشعة السينية ، والتي تحت تأثيرها أصبحت مصدرًا للأشعة السينية (تسمى هذه الظاهرة مضان الأشعة السينية). نظرًا لانخفاض كثافة الحزمة الأولية ، كان عدد الكميات المنبعثة من الرقاقة صغيرًا. عندما ضرب الكم العداد ، عملت الآلية وتم وضع علامة على الشريط الورقي المتحرك. إذا تم توزيع الطاقة المشعة بشكل موحد في جميع الاتجاهات ، على النحو التالي من تمثيلات الموجة ، فيجب أن يعمل كلا العدادين في وقت واحد وأن تسقط العلامات الموجودة على الشريط أحدهما على الآخر. في الواقع ، كان هناك ترتيب عشوائي تمامًا للعلامات. لا يمكن تفسير ذلك إلا من خلال حقيقة أنه في أعمال الانبعاث المنفصلة ، تنشأ جسيمات الضوء ، وتطير أولاً في اتجاه واحد ، ثم في الاتجاه الآخر. لذلك تم إثبات وجود جسيمات الضوء الخاصة - الفوتونات تجريبياً.

الفوتون لديه طاقة . بالنسبة للضوء المرئي ، الطول الموجي λ = 0.5 ميكرومتر والطاقة ه= 2.2 فولت ، للأشعة السينية λ = ميكرومتر و ه= 0.5 فولت.

الفوتون له كتلة بالقصور الذاتي ، والتي يمكن العثور عليها من العلاقة:

;

(2.3.2)

يتحرك الفوتون بسرعة الضوء ج\ u003d 3 10 8 م / ث. دعنا نستبدل قيمة السرعة هذه في التعبير عن الكتلة النسبية:

.

الفوتون هو جسيم ليس له كتلة سكون. يمكن أن توجد فقط من خلال التحرك بسرعة الضوء ج .

دعونا نجد العلاقة بين الطاقة وزخم الفوتون.

نحن نعرف التعبير النسبي للزخم:

.

(2.3.3)

وللطاقة:

.

(2.3.4)

الفوتون هو جسيم عديم الكتلة ولا يمكن أن يوجد إلا في الفراغ. كما أنه ليس له خواص كهربائية ، أي أن شحنته صفر. اعتمادًا على سياق الاعتبار ، هناك تفسيرات مختلفة لوصف الفوتون. الكلاسيكية (الديناميكا الكهربائية) تمثلها كموجة كهرومغناطيسية ذات استقطاب دائري. يعرض الفوتون أيضًا خصائص الجسيم. هذه الفكرة المزدوجة تسمى ثنائية الموجة الجسدية. من ناحية أخرى ، تصف الإلكتروديناميكا الكمومية جسيم الفوتون بأنه مقياس بوزون يسمح للفرد بتكوين تفاعل كهرومغناطيسي.

من بين جميع جسيمات الكون ، يمتلك الفوتون العدد الأقصى. اللف المغزلي (العزم الميكانيكي الجوهري) للفوتون يساوي واحدًا. أيضًا ، يمكن للفوتون أن يكون في حالتين كميتين فقط ، إحداهما لها إسقاط مغزلي في اتجاه معين يساوي -1 ، والأخرى تساوي +1. تنعكس هذه الخاصية الكمومية للفوتون في تمثيله الكلاسيكي باعتباره انعكاس الموجة الكهرومغناطيسية. الكتلة الباقية للفوتون هي صفر ، مما يعني أن سرعة انتشاره تساوي سرعة الضوء.

لا يمتلك جسيم الفوتون أي خصائص كهربائية (شحنة) وهو مستقر تمامًا ، أي أن الفوتون غير قادر على التحلل تلقائيًا في الفراغ. ينبعث هذا الجسيم في العديد من العمليات الفيزيائية ، على سبيل المثال ، عندما تتحرك شحنة كهربائية مع التسارع ، وكذلك عندما تقفز الطاقة في نواة الذرة أو الذرة نفسها من حالة إلى أخرى. يمكن أيضًا امتصاص الفوتون في العمليات العكسية.

ازدواجية موجة-جسيم للفوتون

تتجلى ثنائية الموجة الجسدية المتأصلة في الفوتون في العديد من التجارب الفيزيائية. تشارك الجسيمات الضوئية في عمليات الموجة مثل الانعراج والتداخل ، عندما تكون أبعاد العوائق (الفتحات والأغشية) قابلة للمقارنة مع حجم الجسيم نفسه. هذا ملحوظ بشكل خاص في التجارب التي أجريت على حيود الفوتونات المنفردة بشق واحد. أيضًا ، تتجلى الطبيعة النقطية والجسيمية للفوتون في عمليات الامتصاص والانبعاث بواسطة كائنات ذات أبعاد أصغر بكثير من الطول الموجي للفوتون. لكن من ناحية أخرى ، فإن تمثيل الفوتون كجسيم ليس كاملاً أيضًا ، لأنه يتم دحضه من خلال تجارب الارتباط القائمة على الحالات المتشابكة للجسيمات الأولية. لذلك ، من المعتاد اعتبار جسيم الفوتون ، بما في ذلك موجة.

فيديوهات ذات علاقة

مصادر:

• الفوتون 1099: كل شيء عن السيارة

الشيء الرئيسيالكم رقمهو الكل رقم، وهو تعريف حالة الإلكترون على مستوى الطاقة. مستوى الطاقة هو مجموعة من الحالات الثابتة للإلكترون في الذرة بقيم طاقة قريبة. الشيء الرئيسيالكم رقميحدد مسافة الإلكترون من النواة ، ويميز طاقة الإلكترونات التي تشغل هذا المستوى.

تسمى مجموعة الأرقام التي تميز الحالة بالأرقام الكمية. يتم تحديد الدالة الموجية للإلكترون في الذرة ، حالته الفريدة من خلال أربعة أرقام كمية - الرئيسية ، والمغناطيسية ، والمدارية ، والطحال - لحظة حركة الأولي ، معبراً عنها بمصطلحات كمية. الشيء الرئيسيالكم رقمن إذا كان الكم الرئيسي رقميزداد ، ثم يزداد كل من مدار وطاقة الإلكترون وفقًا لذلك. كلما كانت قيمة n أصغر ، زادت قيمة تفاعل الطاقة للإلكترون. إذا كانت الطاقة الإجمالية للإلكترونات ضئيلة ، فإن حالة الذرة تسمى غير مستثارة أو أرضية. تسمى حالة الذرة ذات القيمة العالية للطاقة بالحماسة. على أعلى مستوى رقميمكن تحديد الإلكترونات بالصيغة N = 2n2. عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة إلى آخر ، فإن الكم الرئيسي رقمفي النظرية الكمومية ، العبارة القائلة بأن طاقة الإلكترون مكمَّمة ، أي أنها يمكن أن تأخذ فقط قيمًا محددة ومميزة. لمعرفة حالة الإلكترون في الذرة ، من الضروري مراعاة طاقة الإلكترون وشكل الإلكترون والمعلمات الأخرى. من عالم الأعداد الطبيعية ، حيث يمكن أن تكون n مساوية لـ 1 و 2 ، و 3 وهكذا ، فإن الكم الرئيسي رقميمكن أن تأخذ أي قيمة. في نظرية الكم ، يُرمز إلى مستويات الطاقة بالحروف ، وقيمة n بالأرقام. عدد الفترة التي يوجد فيها العنصر يساوي عدد مستويات الطاقة في الذرة ، والتي تكون في الحالة الأساسية. تتكون جميع مستويات الطاقة من مستويات فرعية. يتكون المستوى الفرعي من المدارات الذرية ، والتي يتم تحديدها ، والتي تتميز بالكم الرئيسي رقمم ن ، المداري رقمم ل والكم رقمم مل. عدد المستويات الفرعية لكل مستوى لا يتجاوز القيمة n. تعتبر معادلة شرودنجر الموجية هي البنية الإلكترونية الأكثر ملاءمة للذرة.

أصبحت فيزياء الكم حافزًا كبيرًا لتطور العلوم في القرن العشرين. محاولة وصف تفاعل أصغر الجسيمات بطريقة مختلفة تمامًا ، باستخدام ميكانيكا الكم ، عندما بدت بعض مشاكل الميكانيكا الكلاسيكية غير قابلة للحل ، أحدثت ثورة حقيقية.

أسباب ظهور فيزياء الكم

الفيزياء - وصف القوانين التي يعمل بها العالم. نشأت نيوتن ، أو الكلاسيكية ، في العصور الوسطى ، ويمكن رؤية متطلباتها الأساسية في العصور القديمة. إنه يشرح تمامًا كل ما يحدث على مقياس يراه الشخص بدون أدوات قياس إضافية. لكن الناس واجهوا العديد من التناقضات عندما بدأوا في دراسة الكون الصغير والكبير ، لاستكشاف كل من أصغر الجسيمات التي تتكون منها المادة ، والمجرات العملاقة المحيطة بدرب التبانة ، الأصلية للإنسان. اتضح أن الفيزياء الكلاسيكية ليست مناسبة لكل شيء. هكذا ظهرت فيزياء الكم - العلوم ، ميكانيكا الكم وأنظمة المجال الكمومي. تقنيات دراسة فيزياء الكم هي ميكانيكا الكم ونظرية المجال الكمومي. كما أنها تستخدم في فروع الفيزياء الأخرى ذات الصلة.

أهم أحكام فيزياء الكم مقارنة بالكلاسيكية

بالنسبة لأولئك الذين يتعرفون للتو على فيزياء الكم ، غالبًا ما تبدو أحكامها غير منطقية أو حتى سخيفة. ومع ذلك ، بالتعمق فيها ، أصبح من الأسهل بالفعل تتبع المنطق. أسهل طريقة لتعلم المبادئ الأساسية لفيزياء الكم هي مقارنتها بالفيزياء الكلاسيكية.

إذا كان يُعتقد في الكلاسيكية أن الطبيعة لا تتغير ، بغض النظر عن وصف العلماء لها ، فإن نتيجة الملاحظات في فيزياء الكم ستعتمد إلى حد كبير على طريقة القياس المستخدمة.

وفقًا لقوانين ميكانيكا نيوتن ، والتي هي أساس الفيزياء الكلاسيكية ، يكون للجسيم (أو نقطة مادية) في كل لحظة موقع وسرعة معينين. هذا ليس هو الحال في ميكانيكا الكم. يقوم على مبدأ تراكب المسافات. بمعنى ، إذا كان الجسيم الكمي يمكن أن يكون في حالة واحدة وحالة أخرى ، فيمكن أن يكون أيضًا في الحالة الثالثة - مجموع الجسيمين السابقتين (وهذا ما يسمى مجموعة خطية). لذلك ، من المستحيل تحديد مكان وجود الجسيم بالضبط في وقت معين. يمكن للمرء فقط حساب احتمال وجودها في أي مكان.

إذا كان من الممكن في الفيزياء الكلاسيكية بناء مسار حركة الجسم المادي ، فعندئذٍ في فيزياء الكم يكون توزيع الاحتمالات فقط هو الذي سيتغير بمرور الوقت. في هذه الحالة ، يكون الحد الأقصى للتوزيع موجودًا دائمًا حيث يتم تحديده بواسطة الميكانيكا الكلاسيكية! هذا مهم للغاية ، لأنه يسمح ، أولاً ، بتتبع العلاقة بين الميكانيكا الكلاسيكية والكمية ، وثانيًا ، يظهر أنهما لا يتعارضان مع بعضهما البعض. يمكننا القول أن الفيزياء الكلاسيكية هي حالة خاصة من حالات الكم.

يظهر الاحتمال في الفيزياء الكلاسيكية عندما تكون بعض خصائص كائن ما غير معروفة للباحث. في فيزياء الكم ، الاحتمال أساسي وهو موجود دائمًا ، بغض النظر عن درجة الجهل.

في الميكانيكا الكلاسيكية ، يُسمح بأي قيم للطاقة والسرعة للجسيم ، بينما في ميكانيكا الكم يُسمح فقط بقيم معينة "مُكمَّلة". يطلق عليهم قيم eigenvalues ​​، لكل منها حالتها الخاصة. الكم هو "جزء" من كمية لا يمكن تقسيمها إلى مكونات.

أحد المبادئ الأساسية لفيزياء الكم هو مبدأ عدم اليقين Heisenberg. يتعلق الأمر بحقيقة أنه لن يكون من الممكن معرفة كل من سرعة وموضع الجسيم في وقت واحد. يمكن قياس شيء واحد فقط. علاوة على ذلك ، كلما كان الجهاز يقيس سرعة الجسيم بشكل أفضل ، قل ما يعرفه عن موقعه ، والعكس صحيح.

الحقيقة هي أنه من أجل قياس الجسيم ، عليك "النظر إليه" ، أي إرسال جسيم من الضوء في اتجاهه - فوتون. هذا الفوتون ، الذي يعرف الباحث كل شيء عنه ، سوف يصطدم بالجسيم المقاس ويغير خصائصه وخصائصه. هذا يشبه قياس سرعة السيارة المتحركة ، وإرسال سيارة أخرى نحوها بسرعة معروفة ، وبعد ذلك ، باستخدام السرعة والمسار المتغيرين للسيارة الثانية ، قم بفحص السيارة الأولى. في فيزياء الكم ، تدرس الأشياء صغيرة جدًا لدرجة أن الفوتونات - جزيئات الضوء - تغير خصائصها.

الضوء والحرارة والذوق والشم واللون والمعلومات - كل هذا مرتبط ارتباطًا وثيقًا بالفوتونات. علاوة على ذلك ، فإن حياة النباتات والحيوانات والبشر مستحيلة بدون هذا الجسيم المذهل.

يُعتقد أن هناك حوالي 20 مليار فوتون في الكون لكل بروتون أو نيوترون. هذا رقم ضخم بشكل خيالي.

لكن ماذا نعرف عن هذا الجسيم الأكثر شيوعًا في العالم من حولنا؟

يعتقد بعض العلماء أن سرعة الفوتون تساوي سرعة الضوء في الفراغ ، أي. ما يقرب من 300000 كم / ثانية وهذه هي السرعة القصوى الممكنة في الكون.

يعتقد علماء آخرون أن هناك أمثلة كافية في الكون تكون فيها سرعات الجسيمات أعلى من سرعة الضوء.

يعتقد بعض العلماء أن الفوتون متعادل كهربائيًا.

البعض الآخر - يعتقد أن الفوتون له شحنة كهربائية (وفقًا لبعض المصادر ، أقل من 10-22 فولت / ثانية 2).

يعتقد بعض العلماء أن الفوتون عبارة عن جسيم عديم الكتلة وفي رأيهم أن كتلة الفوتون في حالة السكون تساوي صفرًا.

يعتقد البعض الآخر أن الفوتون له كتلة. في الواقع ، إنها صغيرة جدًا جدًا. يلتزم عدد من الباحثين بوجهة النظر هذه ، ويحددون كتلة الفوتون بطرق مختلفة: أقل من 6 x 10 -16 eV ، 7 x 10 -17 eV ، 1 x 10 -22 eV وحتى 3 x 10 -27 eV ، وهي كتلة أقل بمليارات المرات من الإلكترون.

يعتقد بعض العلماء أنه وفقًا لقوانين انعكاس وانكسار الضوء ، فإن الفوتون هو جسيم ، أي جسيم. (إقليدس ، لوكريتيوس ، بطليموس ، نيوتن ، ب. جاسندي)

يعتقد آخرون (R.Dcartes و R. Hooke و H. Huygens و T. Jung و O. Fresnel) ، بالاعتماد على ظاهرة الانعراج والتداخل مع الضوء ، أن الفوتون له طبيعة موجية.

عندما ينبعث أو يمتص الفوتون من قبل نوى الذرة والإلكترونات ، وكذلك أثناء التأثير الكهروضوئي ، يتصرف الفوتون مثل الجسيم.

وعند المرور عبر منشور زجاجي أو ثقب صغير في الحاجز ، يوضح الفوتون خصائص موجته الساطعة.

الحل الوسط للعالم الفرنسي لويس دي برولي ، والذي يقوم على ازدواجية الموجة والجسيم ، والذي ينص على أن الفوتونات لها خصائص الجسيم وخصائص الموجة ، ليس إجابة على هذا السؤال. ازدواجية موجة-جسيم مؤقتة فقط اتفاقاستنادًا إلى العجز المطلق للعلماء للإجابة على هذا السؤال المهم للغاية.

بالطبع ، هدأ هذا الاتفاق إلى حد ما الوضع ، لكنه لم يحل المشكلة.

بناءً على هذا ، يمكننا صياغة السؤال الأولالمرتبطة بالفوتون

سؤال واحد.

هل الفوتونات موجات أم جسيمات؟ أو ربما كلاهما ، أو لا كلاهما؟

إضافي. في الفيزياء الحديثة ، الفوتون هو جسيم أولي ، وهو جزء كمومي من الإشعاع الكهرومغناطيسي. خفيفةهو أيضًا إشعاع كهرومغناطيسي ويعتبر الفوتون حاملًا للضوء. في أذهاننا ، هذا أمر راسخ والفوتون ، أولاً وقبل كل شيء ، مرتبط بالضوء.

ومع ذلك ، بالإضافة إلى الضوء ، هناك أنواع أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي: أشعة جاما ، والأشعة السينية ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة المرئية ، والأشعة تحت الحمراء ، والموجات الدقيقة ، والإشعاع الراديوي. وهي تختلف عن بعضها البعض في الطول الموجي والتردد والطاقة ولها خصائصها الخاصة.

أنواع الإشعاع وخصائصها الموجزة

الناقل لجميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي هو الفوتون. هو ، وفقا للعلماء ، هو نفسه بالنسبة للجميع. في الوقت نفسه ، يتميز كل نوع من أنواع الإشعاع بطول موجة مختلف وتردد تذبذب وطاقات فوتونات مختلفة. إذن ، فوتونات مختلفة؟ يبدو أن عدد الأنواع المختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية يجب أن يتوافق مع عدد متساوٍ من أنواع مختلفة من الفوتونات. لكن لا يوجد سوى فوتون واحد في الفيزياء الحديثة حتى الآن.

اتضح أن هناك مفارقة علمية - الإشعاعات مختلفة ، وخصائصها مختلفة أيضًا ، والفوتون الذي يحمل هذه الإشعاعات هو واحد.

على سبيل المثال ، تتغلب أشعة جاما والأشعة السينية على الحواجز ، في حين أن الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي ، اللذان لهما طول موجي أطول ولكن طاقة أقل ، لا يتغلبان عليهما. في الوقت نفسه ، يكون لإشعاع الموجات الراديوية والموجات الدقيقة طول موجي أطول وطاقة أقل ، ولكنها تتغلب على عمود الماء والجدران الخرسانية. لماذا ا؟

قدرات اختراق الفوتونات في إشعاعات مختلفة

يظهر هنا سؤالان على الفور.

السؤال الثاني.

هل جميع الفوتونات متشابهة في جميع أنواع الإشعاع؟

السؤال الثالث.

لماذا تتغلب فوتونات بعض أنواع الإشعاع على العقبات بينما لا تتغلب عليها أنواع أخرى من الإشعاع؟ ما هو الموضوع - في الإشعاع أم في الفوتونات؟

هناك رأي مفاده أن الفوتون هو أصغر جسيم عديم البنية في الكون. لم يتمكن العلم بعد من تحديد أي شيء أصغر من الفوتون. لكن هل هو كذلك؟ بعد كل شيء ، في وقت من الأوقات كانت الذرة تعتبر غير قابلة للتجزئة وأصغر في العالم من حولنا. لذلك السؤال الرابع منطقي:

السؤال الرابع.

هل الفوتون هو أصغر الجسيمات وعديمة البنية أم أنه يتكون من تكوينات أصغر؟

بالإضافة إلى ذلك ، يُعتقد أن الكتلة المتبقية للفوتون تساوي صفرًا ، وتتجلى كل من الكتلة والطاقة في حركته. ولكن بعد ذلك هناك

السؤال الخامس:

الفوتون - هل هو جسيم مادي أم لا؟ إذا كان الفوتون مادة ، فأين تختفي كتلته عند السكون؟ إذا لم تكن مادية ، فلماذا يتم تسجيل تفاعلاتها المادية بالكامل مع العالم من حولنا؟

إذن ، لدينا خمسة أسئلة محيرة تتعلق بالفوتون. وهم حتى الآن ليس لديهم إجابات واضحة. كل واحد منهم لديه مشاكله الخاصة. المشاكل التي سنحاول النظر فيها اليوم.

في رحلاتنا "نفس الكون" و "أعماق الكون" و "قوى الكون" ، درسنا كل هذه القضايا من خلال منظور بنية الكون وأدائه. لقد تتبعنا المسار الكامل لتشكيل الفوتون من ظهور الجسيمات الأساسية - جلطات الدوامة الأثيرية إلى المجرات وعناقيدها. أجرؤ على أن آمل أن يكون لدينا صورة منطقية إلى حد ما ومرتبة بشكل منهجي للعالم. لذلك ، أصبح الافتراض حول بنية الفوتون خطوة منطقية في نظام المعرفة حول كوننا.

هيكل الفوتونات

ظهر الفوتون أمامنا ليس كجسيم وليس كموجة ، بل كنابض دوار مخروطي الشكل ، ببداية متوسعة ونهاية متدرجة..

يسمح التصميم الربيعي للفوتون بالإجابة على جميع الأسئلة تقريبًا التي تنشأ في دراسة الظواهر الطبيعية والنتائج التجريبية.

لقد ذكرنا بالفعل أن الفوتونات حاملة لأنواع مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. في الوقت نفسه ، على الرغم من حقيقة أن أنواعًا مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي معروفة للعلم: إشعاع غاما ، والأشعة السينية ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة تحت الحمراء ، وإشعاع الميكروويف ، والانبعاثات الراديوية ، فإن الفوتونات الحاملة التي تشارك في هذه العمليات لا تمتلك الأصناف الخاصة. وهذا يعني ، وفقًا لبعض العلماء ، أن أي نوع من الإشعاع يحمله نوع عالمي معين من الفوتونات ، والتي تتجلى بنفس القدر بنجاح في عمليات إشعاع غاما ، وفي عمليات انبعاث الراديو ، وفي أي أنواع أخرى من الإشعاع.

لا أستطيع أن أتفق مع هذا الموقف ، لأن الظواهر الطبيعية تشير إلى أن جميع الإشعاعات الكهرومغناطيسية المعروفة تختلف اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض ، ليس فقط في المعلمات (الطول الموجي ، التردد ، قدرات الطاقة) ، ولكن أيضًا في خصائصها. على سبيل المثال ، تخترق أشعة جاما بسهولة أي حواجز ، ويتم إيقاف الإشعاع المرئي بنفس السهولة بواسطة هذه الحواجز.

لذلك ، في حالة واحدة ، يمكن للفوتونات أن تحمل الإشعاع عبر الحواجز ، وفي حالة أخرى ، نفس الفوتوناتبالفعل عاجز عن التغلب على أي شيء. هذه الحقيقة تجعلنا نتساءل عما إذا كانت الفوتونات عالمية حقًا أو ما إذا كانت لها أنواعها الخاصة ، بما يتوافق مع خصائص الإشعاعات الكهرومغناطيسية المختلفة في الكون.

اعتقدصحيح ، حدد كل نوع من أنواع الإشعاع نوعهالفوتونات. لسوء الحظ ، لا يوجد مثل هذا التدرج في العلم الحديث. لكن هذا ليس سهلاً فحسب ، بل يحتاج أيضًا إلى الإصلاح بشكل عاجل. وهذا أمر مفهوم تمامًا ، حيث أن الإشعاع ومعلماته تتغير ، ويتم تمثيل الفوتونات في التفسير الحديث بمفهوم عام واحد فقط - "الفوتون". على الرغم من أنه يجب الاعتراف بأنه مع حدوث تغيير في معلمات الإشعاع في الأدبيات المرجعية ، تتغير معاملات الفوتونات أيضًا.

يشبه الوضع تطبيق المفهوم العام "للسيارة" على جميع ماركاتها. لكن هذه العلامات التجارية مختلفة. يمكننا شراء لادا أو مرسيدس أو فولفو أو تويوتا. كلهم يتناسبون مع مفهوم "السيارة" ، لكنهم جميعًا مختلفون في المظهر والخصائص التقنية والتكلفة.

لذلك ، سيكون من المنطقي أن نقترح فوتونات أشعة جاما ، والأشعة السينية - فوتونات الأشعة السينية ، والأشعة فوق البنفسجية - فوتونات الأشعة فوق البنفسجية ، وما إلى ذلك كحاملات لإشعاع جاما. ستختلف كل هذه الأنواع من الفوتونات عن بعضها البعض في طول المنعطفات (الطول الموجي) وسرعة الدوران (تردد التذبذب) والطاقة التي تحملها.

تمثل فوتونات إشعاع غاما وأشعة الأشعة السينية نبعًا مضغوطًا بأبعاد قليلة وبطاقة مركزة في هذا الحجم الصغير. لذلك ، فإنها تعرض خصائص الجسيمات وتتغلب بسهولة على العقبات ، وتتحرك بين جزيئات وذرات المادة.

الفوتونات من الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي وفوتونات الأشعة تحت الحمراء هي نفس الربيع ، وتمتد فقط. ظلت الطاقة في هذه الفوتونات كما هي ، لكنها توزعت على الجسم الأكثر استطالة للفوتون. تسمح زيادة طول الفوتون له بإظهار خصائص الموجة. ومع ذلك ، فإن زيادة قطر الفوتون لا تسمح له بالاختراق بين جزيئات المادة.

تتمتع فوتونات الموجات الدقيقة والانبعاثات الراديوية بتصميم أكثر تمددًا. يمكن أن يصل طول موجات الراديو إلى عدة آلاف من الكيلومترات ، لكنها تمتلك أصغر طاقة. إنها تخترق الحواجز بسهولة ، كما لو كانت تلتف في مادة الحاجز ، متجاوزة جزيئات وذرات المادة.

في الكون ، يتم تحويل جميع أنواع الفوتونات تدريجياً من فوتونات أشعة جاما. فوتونات إشعاع جاما أساسية. عند التحرك في الفضاء ، تقل سرعة دورانها ويتم تحويلها على التوالي إلى فوتونات من الأشعة السينية ، وتلك بدورها إلى فوتونات الأشعة فوق البنفسجية ، والتي يتم تحويلها إلى فوتونات من الضوء المرئي ، إلخ.

لذلك ، يتم تحويل فوتونات أشعة جاما إلى فوتونات الأشعة السينية. سيكون لهذه الفوتونات طول موجي أطول وتردد دوران أقل. بعد ذلك ، يتم تحويل فوتونات الأشعة السينية إلى فوتونات فوق بنفسجية ، ويتم تحويلها إلى ضوء مرئي ، وهكذا دواليك.

يمكننا أن نلاحظ أبرز مثال على هذا التحول في الديناميات أثناء انفجار نووي.

الانفجار النووي ومناطق تأثيره الضار

في عملية الانفجار النووي ، في غضون بضع ثوانٍ ، يخترق تيار من فوتونات أشعة جاما البيئة على مسافة حوالي 3 كيلومترات. علاوة على ذلك ، يتوقف إشعاع غاما ، لكن إشعاع الأشعة السينية ثابت. أعتقد أنه في هذه الحالة ، يتم تحويل فوتونات إشعاع غاما إلى فوتونات إشعاع الأشعة السينية ، وبالتتابع ، إلى فوتونات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء. يتسبب تدفق الفوتونات ، على التوالي ، في حدوث عوامل ضارة للانفجار النووي - اختراق الإشعاع والإشعاع الضوئي والحرائق.

في عمل "أعماق الكون" ، درسنا بالتفصيل بنية الفوتونات وعمليات تكوينها وعملها. أصبح من الواضح لنا أن الفوتونات تتكون من كسور طاقة حلقية ذات قطر مختلف مرتبطة ببعضها البعض.

هيكل الفوتون

تتكون الكسور من جسيمات أساسية - أصغر جلطات الدوامة الأثيرية ، والتي تكون كثيفة الأثيرعون. هذه الكثافات الأثيرية مادية تمامًا ، تمامًا مثل الأثير والعالم كله من حولنا. تحدد كثافات الأثير مؤشرات الكتلة لجلطات الدوامة الأثيرية. كتلة العناقيد هي كتلة الكسور ، وهي كتلة الفوتون. و سواء كانت متحركة أو في حالة سكون. لذلك ، الفوتون بالكامل موادولها تعريف جيد خاص بها الكتلة أثناء الراحة والحركة.

لقد تلقينا بالفعل تأكيدًا مباشرًا لفكرتنا عن بنية الفوتون وتكوينه في سياق التجارب. آمل أن ننشر في المستقبل القريب جميع النتائج التي تم الحصول عليها. علاوة على ذلك ، تم الحصول على نتائج مماثلة في المختبرات الأجنبية. لذلك ، هناك سبب للاعتقاد بأننا نسير على الطريق الصحيح.

لذا ، فقد أجبنا على عدد من الأسئلة حول الفوتون.

الفوتون ، في فهمنا ، ليس جسيمًا أو موجة ، ولكنه ربيع ، يمكن في ظل ظروف مختلفة ضغطه إلى حجم الجسيمات ، أو يمكن أيضًا أن يتمدد ، مع إظهار خصائص الموجة.

الفوتونات لها أنواعها الخاصة اعتمادًا على نوع الإشعاع ويمكن أن تكون فوتونات إشعاع غاما وفوتونات الأشعة السينية وفوتونات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء والميكروويف بالإضافة إلى فوتونات الانبعاث الراديوي.

الفوتون مادة وله كتلة. إنه ليس أصغر جسيم في الكون ، ولكنه يتكون من جلطات دوامة أثيري وكسور طاقة.

أفهم أن هذا تفسير غير متوقع وغير معتاد إلى حد ما للفوتون. ومع ذلك ، فأنا لا أنطلق من القواعد والمفاهيم المقبولة عمومًا التي تم تبنيها منذ سنوات عديدة دون الارتباط بعمليات التطور العام للعالم. ومن المنطق الذي يأتي من قوانين العالم التي هي مفتاح الباب المؤدي للحقيقة.

في الوقت نفسه ، في عام 2013 ، مُنحت جوائز نوبل في الفيزياء لبيتر هيغز وفرانسوا إنجلر ، اللذين اقترحوا بشكل مستقل في عام 1964 وجود جسيم آخر في الطبيعة - بوزون محايد ، والذي ، بيد خفيفة من الحائز على جائزة نوبل ل. ليدرمان ، سمي "جزء من الله" ، وهذا هو ، هذا المبدأ الأساسي ، ذلك اللبنة الأولى التي تم بناء عالمنا المحيط بأكمله منه. في عام 2012 ، أثناء إجراء تجارب على تصادم حزم البروتون بسرعات عالية ، أعلنت مجموعتان علميتان مستقلتان مرة أخرى في وقت واحد تقريبًا عن اكتشاف جسيم تتزامن معلماته مع بعضها البعض وتتوافق مع القيم التي تنبأ بها P. Higgs و F. .

كان البوزون المحايد المسجل أثناء التجارب بمثابة جسيم ، لم تكن عمره أكثر من 1.56 × 10 -22 ثانية ، وكانت كتلته أكثر من 100 ضعف كتلة البروتون. يعود الفضل إلى هذا الجسيم في القدرة على نقل الكتلة إلى كل مادة موجودة في هذا العالم - من ذرة إلى مجموعة من المجرات. علاوة على ذلك ، كان من المفترض أن هذا الجسيم هو دليل مباشر على وجود بعض المجال الافتراضي ، والذي يمر من خلاله تكتسب جميع الجسيمات وزنًا. هذا اكتشاف سحري.

ومع ذلك ، فإن النشوة العامة من هذا الاكتشاف لم تدم طويلاً. لأنه كانت هناك أسئلة لا يمكن إلا أن تظهر. في الواقع ، إذا كان بوزون هيغز هو حقًا "جزء من الله" ، فلماذا تكون "حياته" سريعة الزوال؟ ارتبط فهم الله دائمًا بالخلود. ولكن إذا كان الله أبديًا ، فيجب أن يكون أي جزء منه أيضًا أبديًا. سيكون منطقيًا ومفهومًا. لكن "حياة" بوزون جزء من الثانية مع اثنين وعشرين صفرًا بعد الفاصلة العشرية لا تتناسب حقًا مع الأبدية. من الصعب حتى تسميتها لحظة.

علاوة على ذلك ، إذا كنا نتحدث عن "جسيم الله" ، فمن الضروري أن نفهم بوضوح أنه يجب أن يكون موجودًا في كل ما يحيط بنا ويمثل كيانًا حجميًا مستقلاً وطويل الأمد وممكن الحد الأدنى من إمكانية تكوين جميع الجسيمات المعروفة من عالمنا.

من هذه الجسيمات الإلهية ، خطوة بخطوة ، يجب بناء عالمنا. يجب أن تتكون الجسيمات منها ، ويجب أن تتكون الذرات من جسيمات ، وهكذا حتى النجوم والمجرات والكون. يجب أيضًا ربط جميع الحقول المعروفة وغير المعروفة بهذا الجسيم السحري ولا تنقل الكتلة فحسب ، بل تنقل أيضًا أي تفاعل آخر. أعتقد أن هذا منطقي ولا يتعارض مع الفطرة السليمة. لأنه ، بما أننا نربط هذا الجسيم بالمبدأ الإلهي ، يجب أن يكون لدينا أيضًا استجابة مناسبة لتوقعاتنا.

ومع ذلك ، فقد رأينا بالفعل أن كتلة بوزون هيغز تتجاوز بكثير حتى كتلة البروتون. ولكن كيف يمكن بناء الصغير من الكبير؟ كيف يصلح فيل في حفرة الفأر ؟! مستحيل.

هذا الموضوع برمته ، بصراحة ، ليس شفافًا ومبررًا للغاية. على الرغم من أنني ربما لا أفهم شيئًا ما بسبب افتقاري إلى الكفاءة ، إلا أن بوزون هيغز ، في اعتقادي العميق ، لا يتناسب حقًا مع "جسيم الله".

الفوتون مسألة أخرى. لقد غير هذا الجسيم الرائع حياة الإنسان على هذا الكوكب تمامًا.

بفضل فوتونات الإشعاعات المختلفة ، نرى العالم من حولنا ، نستمتع بأشعة الشمس والدفء ، نستمع إلى الموسيقى ونشاهد أخبار التلفزيون ، نشخص و نعالج ، نتحقق من المعادن ونعطلها ، ننظر إلى الفضاء ونتوغل في أعماق المادة ، يتواصلون مع بعضهم البعض عن بعد عن طريق الهاتف ... الحياة بدون فوتونات ستكون غير واردة. إنهم ليسوا مجرد جزء من حياتنا. هم حياتنا.

في الواقع ، الفوتونات هي الأداة الرئيسية للتواصل بين الإنسان والعالم من حوله.هم فقط يسمحون لنا بالانغماس في العالم من حولنا ، وبمساعدة البصر والشم واللمس والذوق ، نفهمه ونعجب بجماله ولونه متعدد الألوان. كل هذا بفضلهم - الفوتونات.

و أبعد من ذلك. ربما هذا هو الشيء الرئيسي. فقط الفوتونات تحمل الضوء! ووفقًا لجميع الشرائع الدينية ، ولد الله هذا النور. ثم إن الله - وهناك نور!

حسنًا ، كيف يمكننا تجاوز الإغراء هنا وعدم تسمية الفوتون حقيقي "جسيم الله"!يمكن للفوتون والفوتون فقط المطالبة بهذا اللقب الأعلى! الفوتون خفيف! الفوتون دافئ! الفوتون هو كل شغب ألوان العالم! الفوتون ذو روائح عطرة ومذاقات خفية! لا توجد حياة بدون فوتونات! وإذا كان الأمر كذلك ، فمن يحتاج إلى مثل هذه الحياة. بدون ضوء وحرارة ، بدون طعم ورائحة. لا أحد.

لذلك إذا تحدثنا عن جسيم الله، نحتاج فقط إلى الحديث عنه الفوتون- عن هذه الهدية الرائعة التي قدمتها لنا القوات العليا. ولكن حتى ذلك الحين ، فقط بشكل مجازي. لأن الله لا يمكن أن يكون له جسيمات. الله واحد وكامل ولا يمكن تقسيمه إلى أي جسيمات.

مخطط فاينمان لتشتت الفوتون والفوتون. لا يمكن للفوتونات نفسها أن تتفاعل مع بعضها البعض ، لأنها جسيمات محايدة. لذلك ، يتحول أحد الفوتونات إلى زوج جسيم - جسيم مضاد ، يتفاعل معه الفوتون الآخر.

سجل الفيزيائيون من تعاون ATLAS لأول مرة تأثير تشتت الكميات الضوئية ، الفوتونات ، على الفوتونات. يعد هذا التأثير أحد أقدم تنبؤات الديناميكا الكهربية الكمومية ، وقد تم وصفه نظريًا منذ أكثر من 70 عامًا ، ولكن لم يتم ملاحظته تجريبيًا بعد. ومن المثير للاهتمام ، أنه ينتهك معادلات ماكسويل الكلاسيكية ، لكونه ظاهرة كمومية بحتة. نُشرت الدراسة هذا الأسبوع في المجلة فيزياء الطبيعةومع ذلك ، تم نشر النسخة التمهيدية للمقال في وقت مبكر في فبراير 2017. تم الإبلاغ عن تفاصيل حول ذلك بواسطة بوابة Elements.ru.

أحد الخصائص الرئيسية للديناميكا الكهربائية الكلاسيكية ماكسويل هو مبدأ تراكب المجالات الكهرومغناطيسية في الفراغ. يسمح لك بإضافة الحقول مباشرة من رسوم مختلفة. نظرًا لأن الفوتونات هي إثارة مجال ، فلا يمكنها التفاعل مع بعضها البعض في إطار الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية. بدلاً من ذلك ، يجب أن يمروا بحرية عبر بعضهم البعض.

مغناطيس كاشف أطلس

تعمل الإلكتروديناميكا الكمومية على توسيع نطاق عمل النظرية الكلاسيكية ليشمل حركة الجسيمات المشحونة بسرعات قريبة من الضوء ، بالإضافة إلى أنها تأخذ في الاعتبار تكميم طاقة المجال. بفضل هذا ، يمكن تفسير الظواهر غير العادية المرتبطة بعمليات الطاقة العالية في الديناميكا الكهربية الكمومية - على سبيل المثال ، إنشاء أزواج من الإلكترونات والبوزيترونات من الفراغ في المجالات عالية الكثافة.

في الديناميكا الكهربائية الكمومية ، يمكن أن يتصادم فوتونان مع بعضهما البعض ويتشتتان. لكن هذه العملية لا تسير بشكل مباشر - فكميات الضوء غير مشحونة ولا يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض. بدلاً من ذلك ، هناك تشكيل وسيط لزوج افتراضي من الجسيمات - الجسيمات المضادة (الإلكترون - البوزيترون) من فوتون واحد ، والذي يتفاعل معه الفوتون الثاني. مثل هذه العملية غير مرجحة على الإطلاق بالنسبة للكميات الضوئية المرئية. يمكن تقدير ذلك من حقيقة أن الضوء القادم من النجوم الزائفة التي تبعد 10 مليارات سنة ضوئية يصل إلى الأرض. ولكن مع زيادة طاقة الفوتون ، يزداد احتمال حدوث عملية مع ولادة إلكترونات افتراضية.

حتى الآن ، لم تكن شدة وطاقة أقوى أنواع الليزر كافيين لرؤية تشتت الفوتونات مباشرة. ومع ذلك ، فقد توصل الباحثون بالفعل إلى طريقة لرؤية هذه العملية بشكل غير مباشر ، على سبيل المثال ، في تحلل فوتون واحد إلى زوج من الفوتونات منخفضة الطاقة بالقرب من نواة الذرة الثقيلة.

كان من الممكن رؤية تشتت الفوتون مباشرة بواسطة الفوتون فقط في مصادم الهادرونات الكبير. أصبحت العملية مرئية في التجارب بعد زيادة طاقة الجسيمات في المسرع في عام 2015 - مع إطلاق Run 2. قام الفيزيائيون في تعاون ATLAS بالتحقيق في عمليات الاصطدام "فوق المحيطي" بين نوى الرصاص الثقيلة التي تسارعها المصادم إلى طاقات تبلغ 5 تيرا إلكترون فولت. لكل نواة. في مثل هذه الاصطدامات ، لا تتصادم النوى نفسها مع بعضها البعض بشكل مباشر. بدلاً من ذلك ، تتفاعل مجالاتها الكهرومغناطيسية ، حيث تنشأ فوتونات ذات طاقات هائلة (ويرجع ذلك إلى اقتراب سرعة النوى من سرعة الضوء).

حدث تشتت الفوتون والفوتون (الحزم الصفراء)

تتميز التصادمات الطرفية الفائقة بنقاء كبير. فيها ، في حالة التشتت الناجح ، لا يظهر سوى زوج من الفوتونات ذات العزم العرضي الموجه في اتجاهات مختلفة. في المقابل ، تشكل الاصطدامات العادية للنواة آلاف الجسيمات الشظية الجديدة. من بين الأربعة مليارات حدث التي جمعتها ATLAS في عام 2015 ، تمكن العلماء من اختيار 13 حدثًا مطابقًا للتشتت باستخدام إحصائيات اصطدام نوى الرصاص. وهذا يزيد بنحو 4.5 مرة عن إشارة الخلفية التي توقع الفيزيائيون رؤيتها.

مخطط عملية التشتت في المصادم. نواتان تطيران على مقربة - تتفاعل مجالاتهما الكهرومغناطيسية

تعاون أطلس

سيستمر التعاون في استكشاف العملية في نهاية عام 2018 ، عندما يستضيف المصادم مرة أخرى جلسة تصادمات نوى ثقيلة. ومن المثير للاهتمام أن كاشف ATLAS هو الذي اتضح أنه مناسب للبحث عن أحداث نادرة لتشتت الفوتون والفوتون ، على الرغم من أن تجربة أخرى ، ALICE ، تم تطويرها خصيصًا لتحليل تصادمات النوى الثقيلة.

الآن في مصادم الهادرونات الكبير مجموعة من الإحصائيات لتصادم البروتونات والبروتونات. في الآونة الأخيرة ، توصل العلماء إلى اكتشاف أول باريون مزدوج السحر في المسرع ، والعودة في ربيع فيزياء تعاون ATLAS حول فائض غير عادي من أحداث الإنتاج لبوزونيين من التفاعل الضعيف في منطقة الطاقة العالية (حوالي ثلاثة تيرا إلكترون فولت) . قد يشير إلى جسيم جديد فائق الثقل ، لكن الأهمية الإحصائية للإشارة لم تتجاوز بعد ثلاثة سيجما.

فلاديمير كوروليف