Το φωτόνιο είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο που είναι κβαντικό. Οι φυσικοί είδαν για πρώτη φορά σύγκρουση φωτονίου-φωτονίου

Το φωτόνιο είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο, ένα κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (δηλαδή διακριτά), όπου είναι η σταθερά του Planck. ορμή Αν αποδώσουμε στο φωτόνιο την παρουσία του λεγόμενου. «Σχετικιστική μάζα» με βάση τη σχέση, θα είναι Δεν υπάρχει μάζα ηρεμίας για το φωτόνιο για το εφέ φωτογραφίας:

ην = ΕΝΑ έξω + μι κ

Οπου ΕΝΑ έξω- τα λεγόμενα συνάρτηση εργασίας (ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από μια ουσία), μι κείναι η κινητική ενέργεια του εκπεμπόμενου ηλεκτρονίου (ανάλογα με την ταχύτητα, είτε η κινητική ενέργεια ενός σχετικιστικού σωματιδίου μπορεί να υπολογιστεί είτε όχι), ν είναι η συχνότητα του προσπίπτοντος φωτονίου με την ενέργεια ην, η- Σταθερά του Planck.

Εξωτερικό φωτοεπίδραση (εκπομπή φωτοηλεκτρονίου) είναι η εκπομπή ηλεκτρονίων από μια ουσία υπό την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. 1) Η μέγιστη αρχική ταχύτητα των φωτοηλεκτρονίων δεν εξαρτάται από την ένταση του προσπίπτοντος φωτός, αλλά καθορίζεται μόνο από τη συχνότητά του. 2) Υπάρχει μια ελάχιστη συχνότητα στην οποία είναι δυνατό το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (κόκκινο περίγραμμα) 3) Το ρεύμα κορεσμού εξαρτάται από την ένταση του φωτός που προσπίπτει στο δείγμα 4) Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι ένα φαινόμενο χωρίς αδράνεια. Για να σταματήσει το φωτορεύμα, πρέπει να εφαρμοστεί αρνητική τάση (τάση απενεργοποίησης) στην άνοδο. Το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι μια αλλαγή στην ηλεκτρονική αγωγιμότητα μιας ουσίας υπό την επίδραση του φωτός. Η φωτοαγωγιμότητα είναι χαρακτηριστικό των ημιαγωγών. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των ημιαγωγών περιορίζεται από την έλλειψη φορέων φορτίου. Όταν ένα φωτόνιο απορροφάται, ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα ζεύγος φορέων φορτίου: ένα ηλεκτρόνιο στη ζώνη αγωγιμότητας και μια οπή στη ζώνη σθένους. Και οι δύο φορείς φορτίου, όταν εφαρμόζεται τάση στον ημιαγωγό, δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα.

Όταν η φωτοαγωγιμότητα διεγείρεται σε έναν εγγενή ημιαγωγό, η ενέργεια των φωτονίων πρέπει να υπερβαίνει το διάκενο ζώνης. Σε έναν ντοπαρισμένο ημιαγωγό, η απορρόφηση ενός φωτονίου μπορεί να συνοδεύεται από μια μετάβαση από ένα επίπεδο που βρίσκεται στο διάκενο ζώνης, το οποίο επιτρέπει την αύξηση του μήκους κύματος του φωτός που προκαλεί τη φωτοαγωγιμότητα. Αυτή η περίσταση είναι σημαντική για την ανίχνευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Προϋπόθεση για υψηλή φωτοαγωγιμότητα είναι επίσης ο υψηλός συντελεστής απορρόφησης φωτός, ο οποίος επιτυγχάνεται στους ημιαγωγούς με απευθείας διάκενο.

16. Ελαφριά πίεση.

Ελαφριά πίεσηείναι η πίεση που παράγεται από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα φωτός που προσπίπτουν στην επιφάνεια ενός σώματος. Η κβαντική θεωρία του φωτός εξηγεί την πίεση του φωτός ως αποτέλεσμα των φωτονίων που μεταφέρουν την ορμή τους σε άτομα ή μόρια ύλης. Έστω N φωτόνια να πέφτουν στην επιφάνεια ενός απολύτως μαύρου σώματος με εμβαδόν S κάθετο σε αυτό κάθε δευτερόλεπτο: . Κάθε φωτόνιο έχει ορμή. Η συνολική ώθηση που δέχεται η επιφάνεια του σώματος είναι ίση. Ελαφριά πίεση: .- συντελεστής ανάκλασης, - ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας ακτινοβολίας. Κλασική θεωρία

17. Bremsstrahlung και χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ.

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, η ενέργεια των φωτονίων των οποίων βρίσκεται στην κλίμακα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μεταξύ της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας γάμμα, η οποία αντιστοιχεί σε μήκη κύματος από 10 −2 έως 10 3 Å (από 10 −12 έως 10 −7 m). . Σχηματική απεικόνιση σωλήνα ακτίνων Χ. Χ - Ακτίνες Χ, Κ - κάθοδος, Α - άνοδος (μερικές φορές αποκαλείται αντικάθοδος), C - ψύκτρα, U η- τάση νήματος καθόδου, U ένα- τάση επιτάχυνσης, W in - είσοδος ψύξης νερού, W έξω - έξοδος ψύξης νερού. Όταν η ενέργεια των ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν την άνοδο γίνει αρκετή για να σχίσει τα ηλεκτρόνια από τα εσωτερικά φλοιά του ατόμου, εμφανίζονται αιχμηρές γραμμές στο φόντο του bremsstrahlung χαρακτηριστικό γνώρισμαακτινοβολία. Οι συχνότητες αυτών των γραμμών εξαρτώνται από τη φύση της ουσίας της ανόδου, γι' αυτό ονομάζονται χαρακτηριστικές.

Η Bremsstrahlung είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από ένα φορτισμένο σωματίδιο όταν αυτό σκεδάζεται (φρενάρεται) σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. dp/dλ hv δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια eU. από το νόμο της διατήρησης της ενέργειας Η πιο κοινή πηγή ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι ένας σωλήνας ακτίνων Χ, στον οποίο τα ηλεκτρόνια που επιταχύνονται έντονα από ένα ηλεκτρικό πεδίο βομβαρδίζουν την άνοδο (ένας μεταλλικός στόχος από βαρέα μέταλλα, όπως W ή Pt) , παρουσιάζοντας απότομη επιβράδυνση σε αυτό. Σε αυτή την περίπτωση, δημιουργούνται ακτίνες Χ, οι οποίες είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μήκος κύματος περίπου 10–12–10–8 m. Κυματική φύσηΗ ακτινοβολία ακτίνων Χ αποδεικνύεται από πειράματα για την περίθλασή της, που συζητούνται στην § 182.

Μια μελέτη της φασματικής σύνθεσης της ακτινοβολίας ακτίνων Χ δείχνει ότι το φάσμα της έχει πολύπλοκη δομή(Εικ. 306) και εξαρτάται τόσο από την ενέργεια των ηλεκτρονίων όσο και από το υλικό της ανόδου. Το φάσμα είναι μια υπέρθεση ενός συνεχούς φάσματος, που περιορίζεται στην πλευρά του μικρού μήκους κύματος από ένα ορισμένο όριο  min, που ονομάζεται όριο του συνεχούς φάσματος, και ένα φάσμα γραμμής - μια συλλογή μεμονωμένων γραμμών που εμφανίζονται στο φόντο του συνεχούς φάσματος.

Η έρευνα έχει δείξει ότι η φύση του συνεχούς φάσματος είναι εντελώς ανεξάρτητη από το υλικό της ανόδου, αλλά καθορίζεται μόνο από την ενέργεια των ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν την άνοδο. Μια λεπτομερής μελέτη των ιδιοτήτων αυτής της ακτινοβολίας έδειξε ότι εκπέμπεται από ηλεκτρόνια που βομβαρδίζουν την άνοδο ως αποτέλεσμα της επιβράδυνσής τους κατά την αλληλεπίδραση με τα άτομα-στόχους. Το συνεχές φάσμα ακτίνων Χ ονομάζεται επομένως φάσμα bremsstrahlung. Αυτό το συμπέρασμα συμφωνεί με κλασική θεωρίαακτινοβολία, καθώς όταν τα κινούμενα φορτία επιβραδύνονται, θα πρέπει να εμφανίζεται ακτινοβολία με συνεχές φάσμα.

Η κλασική θεωρία, ωστόσο, δεν υπονοεί την ύπαρξη ορίου μικρού μήκους κύματος του συνεχούς φάσματος. Από τα πειράματα προκύπτει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που προκαλούν ακτίνες Χ bremsstrahlung, τόσο λιγότερα  min. Αυτή η περίσταση, καθώς και η παρουσία του ίδιου του ορίου, εξηγείται από την κβαντική θεωρία. Προφανώς, η οριακή ενέργεια ενός κβαντικού αντιστοιχεί στην περίπτωση πέδησης κατά την οποία όλη η κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου μετατρέπεται σε κβαντική ενέργεια, δηλ.

Οπου U- διαφορά δυναμικού λόγω της οποίας προσδίδεται ενέργεια σε ένα ηλεκτρόνιο μιΜέγιστη,  max - συχνότητα που αντιστοιχεί στο όριο του συνεχούς φάσματος. Εξ ου και το μήκος κύματος αποκοπής

Στη σύγχρονη ερμηνεία της, η κβαντική υπόθεση δηλώνει ότι η ενέργεια μιοι δονήσεις ενός ατόμου ή μορίου μπορεί να είναι ίσες με ην, 2 ην, 3 ην, κ.λπ., αλλά δεν υπάρχουν ταλαντώσεις με ενέργεια στο διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών ακεραίων που είναι πολλαπλάσια του . Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια δεν είναι συνεχής, όπως πίστευαν για αιώνες, αλλά κβαντισμένη , δηλ. υπάρχει μόνο σε αυστηρά καθορισμένα διακριτά τμήματα. Το μικρότερο τμήμα λέγεται κβαντικό ενέργειας . Η κβαντική υπόθεση μπορεί επίσης να διατυπωθεί ως δήλωση ότι σε ατομικό-μοριακό επίπεδο, οι δονήσεις δεν συμβαίνουν με κανένα πλάτος. Έγκυρες τιμέςΤα πλάτη σχετίζονται με τη συχνότητα δόνησης ν .

Το 1905, ο Αϊνστάιν πρότεινε μια τολμηρή ιδέα που γενίκευε την κβαντική υπόθεση και την έκανε τη βάση νέα θεωρίαφως (κβαντική θεωρία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου). Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν , φως με συχνότηταν ΟΧΙ μονο εκπέμπονται, όπως υπέθεσε ο Planck, αλλά και απλώνεται και απορροφάται από την ουσία σε ξεχωριστές μερίδες (κβάντα), του οποίου η ενέργεια. Έτσι, η διάδοση του φωτός δεν πρέπει να θεωρείται ως μια διαδικασία συνεχούς κύματος, αλλά ως ένα ρεύμα διακριτών κβαντών φωτός που εντοπίζεται στο διάστημα, που κινείται με την ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο κενό ( Με). Το κβάντο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ονομάζεται φωτόνιο .

Όπως έχουμε ήδη πει, η εκπομπή ηλεκτρονίων από την επιφάνεια ενός μετάλλου υπό την επίδραση ακτινοβολίας που προσπίπτει σε αυτό αντιστοιχεί στην ιδέα του φωτός ως ηλεκτρομαγνητικού κύματος, επειδή το ηλεκτρικό πεδίο του ηλεκτρομαγνητικού κύματος δρα στα ηλεκτρόνια του μετάλλου και καταστρέφει μερικά από αυτά. Αλλά ο Αϊνστάιν επέστησε την προσοχή στο γεγονός ότι οι λεπτομέρειες του φωτοηλεκτρικού φαινομένου που προβλέπεται από τη θεωρία των κυμάτων και τη θεωρία φωτονίων (κβαντική σωματιδιακή) του φωτός διαφέρουν σημαντικά.

Έτσι, μπορούμε να μετρήσουμε την ενέργεια του εκπεμπόμενου ηλεκτρονίου με βάση τη θεωρία των κυμάτων και των φωτονίων. Για να απαντήσουμε στο ερώτημα ποια θεωρία είναι προτιμότερη, ας εξετάσουμε μερικές λεπτομέρειες του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.

Ας ξεκινήσουμε με κυματική θεωρία, και ας υποθέσουμε ότι η πλάκα φωτίζεται με μονόχρωμο φως. κύμα φωτόςχαρακτηρίζεται από παραμέτρους: ένταση και συχνότητα(ή μήκος κύματος). Η κυματική θεωρία προβλέπει ότι όταν αλλάζουν αυτά τα χαρακτηριστικά, συμβαίνουν τα ακόλουθα φαινόμενα:

· με την αύξηση της έντασης του φωτός, ο αριθμός των εκτινασσόμενων ηλεκτρονίων και η μέγιστη ενέργειά τους θα πρέπει να αυξάνονται, γιατί υψηλότερη ένταση φωτός σημαίνει μεγαλύτερο πλάτος ηλεκτρικό πεδίο, και ένα ισχυρότερο ηλεκτρικό πεδίο τραβάει ηλεκτρόνια με υψηλότερη ενέργεια.

Έσπασε ηλεκτρόνια. Η κινητική ενέργεια εξαρτάται μόνο από την ένταση του προσπίπτοντος φωτός.

Η θεωρία των φωτονίων (σωματιδιακή) προβλέπει κάτι εντελώς διαφορετικό. Πρώτα απ 'όλα, σημειώνουμε ότι σε μια μονοχρωματική δέσμη όλα τα φωτόνια έχουν την ίδια ενέργεια (ίση με ην). Η αύξηση της έντασης μιας δέσμης φωτός σημαίνει αύξηση του αριθμού των φωτονίων στη δέσμη, αλλά δεν επηρεάζει την ενέργειά τους εάν η συχνότητα παραμένει αμετάβλητη. Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν, ένα ηλεκτρόνιο χτυπιέται από την επιφάνεια ενός μετάλλου όταν ένα μόνο φωτόνιο συγκρούεται με αυτό. Σε αυτή την περίπτωση, όλη η ενέργεια του φωτονίου μεταφέρεται στο ηλεκτρόνιο και το φωτόνιο παύει να υπάρχει. Επειδή Τα ηλεκτρόνια συγκρατούνται στο μέταλλο από ελκυστικές δυνάμεις που απαιτείται για να χτυπήσει ένα ηλεκτρόνιο από την επιφάνεια του μετάλλου ΕΝΑ(η οποία ονομάζεται συνάρτηση εργασίας και, για τα περισσότερα μέταλλα, είναι της τάξης πολλών ηλεκτρονιοβολτ). Εάν η συχνότητα ν του προσπίπτοντος φωτός είναι μικρή, τότε η ενέργεια και η ενέργεια του φωτονίου δεν είναι αρκετή για να εκτινάξει ένα ηλεκτρόνιο από την επιφάνεια του μετάλλου. Αν , τότε τα ηλεκτρόνια πετούν έξω από την επιφάνεια του μετάλλου, και ενέργειας σε μια τέτοια διαδικασίασώζεται, δηλ. ενέργεια φωτονίων ( ην) είναι ίσο κινητική ενέργειατο εκπεμπόμενο ηλεκτρόνιο συν το έργο της απόρριψης του ηλεκτρονίου από το μέταλλο:

(2.3.1)

Καλείται η εξίσωση (2.3.1). Η εξίσωση του Αϊνστάιν για το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Με βάση αυτές τις σκέψεις, η φωτονική (σωματική) θεωρία του φωτός προβλέπει τα ακόλουθα.

1. Αύξηση της έντασης φωτός σημαίνει αύξηση του αριθμού των προσπίπτων φωτονίων, τα οποία εκτοξεύουν περισσότερα ηλεκτρόνια από την επιφάνεια του μετάλλου. Αλλά επειδή η ενέργεια των φωτονίων είναι η ίδια, η μέγιστη κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου δεν θα αλλάξει ( επιβεβαιωμένοςΕγώ νόμος του φωτοηλεκτρικού φαινομένου).

2. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός, η μέγιστη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων αυξάνεται γραμμικά σύμφωνα με τον τύπο του Αϊνστάιν (2.3.1). ( Επιβεβαίωση II νόμος του φωτοηλεκτρικού φαινομένου). Το γράφημα αυτής της εξάρτησης παρουσιάζεται στο Σχ. 2.3.

,

Ρύζι. 2.3

3. Αν η συχνότητα ν είναι μικρότερη κρίσιμη συχνότητα, τότε τα ηλεκτρόνια δεν εκτινάσσονται από την επιφάνεια (III νόμος).

Έτσι, βλέπουμε ότι οι προβλέψεις της σωματιδιακής θεωρίας (φωτονίων) είναι πολύ διαφορετικές από τις προβλέψεις της κυματικής θεωρίας, αλλά συμπίπτουν πολύ καλά με τις τρεις πειραματικές θεσπισμένους νόμουςφωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Η εξίσωση του Αϊνστάιν επιβεβαιώθηκε από τα πειράματα του Μίλικαν που έγιναν το 1913-1914. Η κύρια διαφορά από το πείραμα του Stoletov είναι ότι η μεταλλική επιφάνεια καθαρίστηκε σε κενό. Μελετήθηκε η εξάρτηση της μέγιστης κινητικής ενέργειας από τη συχνότητα και προσδιορίστηκε η σταθερά του Planck η.

Το 1926, οι Ρώσοι φυσικοί P.I. Lukirsky και S.S. Ο Prilezhaev χρησιμοποίησε τη μέθοδο ενός σφαιρικού πυκνωτή κενού για να μελετήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Η άνοδος ήταν τα επάργυρα τοιχώματα ενός γυάλινου σφαιρικού κυλίνδρου και η κάθοδος ήταν μια μπάλα ( R≈ 1,5 cm) από το υπό μελέτη μέταλλο, τοποθετημένο στο κέντρο της σφαίρας. Αυτό το σχήμα των ηλεκτροδίων κατέστησε δυνατή την αύξηση της κλίσης του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης και ως εκ τούτου τον ακριβέστερο προσδιορισμό της τάσης επιβράδυνσης (και, κατά συνέπεια, η). Τιμή της σταθεράς του Planck η, που ελήφθη από αυτά τα πειράματα, είναι συνεπής με τις τιμές που βρέθηκαν με άλλες μεθόδους (από ακτινοβολία μαύρου σώματος και από την άκρη μικρού μήκους κύματος του συνεχούς φάσματος ακτίνων Χ). Όλα αυτά είναι απόδειξη της ορθότητας της εξίσωσης του Αϊνστάιν, και ταυτόχρονα της κβαντικής θεωρίας του για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Για εξήγηση θερμική ακτινοβολίαΟ Planck πρότεινε ότι το φως εκπέμπεται από κβάντα. Ο Αϊνστάιν, όταν εξήγησε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, πρότεινε ότι το φως απορροφάται από τα κβάντα. Ο Αϊνστάιν πρότεινε επίσης ότι το φως διαδίδεται με κβάντα, δηλ. σε μερίδες. Το κβάντο της φωτεινής ενέργειας ονομάζεται φωτόνιο . Εκείνοι. πάλι φτάσαμε στην έννοια του σωματιδίου (σωματίδιο).

Η πιο άμεση επιβεβαίωση της υπόθεσης του Αϊνστάιν δόθηκε από το πείραμα του Bothe, το οποίο χρησιμοποίησε τη μέθοδο της σύμπτωσης (Εικ. 2.4).

Ρύζι. 2.4

Λεπτό μεταλλικό φύλλο φάτοποθετείται ανάμεσα σε δύο μετρητές εκκένωσης αερίου SCH. Το αλουμινόχαρτο φωτιζόταν από μια αδύναμη δέσμη ακτινογραφίες, υπό την επίδραση των οποίων η ίδια έγινε πηγή ακτίνων Χ (το φαινόμενο αυτό ονομάζεται φθορισμός ακτίνων Χ). Λόγω της χαμηλής έντασης της κύριας δέσμης, ο αριθμός των κβαντών που εκπέμπονταν από το φύλλο ήταν μικρός. Όταν τα κβάντα χτύπησαν τον πάγκο, ο μηχανισμός ενεργοποιήθηκε και έγινε ένα σημάδι στην κινούμενη χαρτοταινία. Εάν η εκπεμπόμενη ενέργεια κατανεμήθηκε ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, όπως προκύπτει από τις έννοιες των κυμάτων, και οι δύο μετρητές θα έπρεπε να λειτουργούν ταυτόχρονα και τα σημάδια στην ταινία θα ήταν το ένα απέναντι από το άλλο. Στην πραγματικότητα, υπήρχε μια εντελώς τυχαία διάταξη σημείων. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί μόνο από το γεγονός ότι σε μεμονωμένες πράξεις εκπομπής εμφανίζονται σωματίδια φωτός που πετούν προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Έτσι αποδείχθηκε πειραματικά η ύπαρξη ειδικών σωματιδίων φωτός – φωτονίων.

Ένα φωτόνιο έχει ενέργεια . Για ορατό φως, μήκος κύματος λ = 0,5 μm και ενέργεια μι= 2,2 eV, για ακτίνες Χ λ = μm και μι= 0,5 eV.

Το φωτόνιο έχει αδρανειακή μάζα , το οποίο μπορεί να βρεθεί από τη σχέση:

;

(2.3.2)

Το φωτόνιο ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός ντο= 3·10 8 m/s. Ας αντικαταστήσουμε αυτήν την τιμή ταχύτητας στην έκφραση της σχετικιστικής μάζας:

.

Ένα φωτόνιο είναι ένα σωματίδιο που δεν έχει μάζα ηρεμίας. Μπορεί να υπάρξει μόνο κινούμενος με την ταχύτητα του φωτός γ .

Ας βρούμε τη σύνδεση μεταξύ ενέργειας και ορμής φωτονίων.

Γνωρίζουμε τη σχετικιστική έκφραση της ορμής:

.

(2.3.3)

Και για ενέργεια:

.

(2.3.4)

Το φωτόνιο είναι ένα σωματίδιο χωρίς μάζα και μπορεί να υπάρχει μόνο στο κενό. Επίσης δεν έχει ηλεκτρικές ιδιότητες, δηλαδή το φορτίο του είναι μηδενικό. Ανάλογα με το πλαίσιο εξέτασης, υπάρχει διάφορες ερμηνείεςπεριγραφές φωτονίων. Η κλασική (ηλεκτροδυναμική) το αντιπροσωπεύει ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα με κυκλική πόλωση. Το φωτόνιο εμφανίζει επίσης τις ιδιότητες ενός σωματιδίου. Αυτή η διπλή ιδέα του ονομάζεται δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου. Από την άλλη πλευρά, η κβαντική ηλεκτροδυναμική περιγράφει το σωματίδιο του φωτονίου ως ένα μποζόνιο μετρητή που επιτρέπει το σχηματισμό ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης.

Μεταξύ όλων των σωματιδίων στο Σύμπαν, το φωτόνιο έχει τον μέγιστο αριθμό. Περιστροφή (δικό μηχανική στιγμή) φωτόνιο ίσο με ένα. Επίσης, ένα φωτόνιο μπορεί να βρίσκεται μόνο σε δύο κβαντικές καταστάσεις, εκ των οποίων η μία έχει προβολή σπιν σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση ίση με -1 και η άλλη ίση με +1. Αυτή η κβαντική ιδιότητα ενός φωτονίου αντανακλάται στην κλασική αναπαράστασή του ως εγκάρσια ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Η μάζα ηρεμίας ενός φωτονίου είναι μηδέν, πράγμα που συνεπάγεται την ταχύτητα διάδοσής του, ίση με την ταχύτηταΣβέτα.

Ένα σωματίδιο φωτονίου δεν έχει ηλεκτρικές ιδιότητες (φόρτιση) και είναι αρκετά σταθερό, δηλαδή το φωτόνιο δεν είναι ικανό να διασπάται αυθόρμητα στο κενό. Αυτό το σωματίδιο εκπέμπεται σε πολλά φυσικές διεργασίες, για παράδειγμα, κατά την κίνηση ενός ηλεκτρικού φορτίου με επιτάχυνση, καθώς και ενεργειακά άλματα του πυρήνα ενός ατόμου ή του ίδιου του ατόμου από τη μια κατάσταση στην άλλη. Επίσης, ένα φωτόνιο μπορεί να απορροφηθεί κατά τη διάρκεια αντίστροφων διεργασιών.

Δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου του φωτονίου

Η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου που είναι εγγενής στο φωτόνιο εκδηλώνεται σε πολλά φυσικά πειράματα. Τα φωτονικά σωματίδια συμμετέχουν σε διεργασίες κυμάτων όπως η περίθλαση και η παρεμβολή, όταν το μέγεθος των εμποδίων (σχισμές, διαφράγματα) είναι συγκρίσιμο με το μέγεθος του ίδιου του σωματιδίου. Αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό σε πειράματα με την περίθλαση μεμονωμένων φωτονίων σε μία μόνο σχισμή. Επίσης, η σημειακή φύση και η σωματικότητα του φωτονίου εκδηλώνεται στις διαδικασίες απορρόφησης και εκπομπής από αντικείμενα των οποίων οι διαστάσεις είναι πολύ μικρότερες από το μήκος κύματος του φωτονίου. Αλλά από την άλλη πλευρά, η αναπαράσταση ενός φωτονίου ως σωματιδίου δεν είναι επίσης πλήρης, επειδή διαψεύδεται από πειράματα συσχέτισης που βασίζονται σε εμπλεκόμενες καταστάσεις στοιχειωδών σωματιδίων. Ως εκ τούτου, είναι συνηθισμένο να θεωρείται ένα σωματίδιο φωτονίου, συμπεριλαμβανομένου του κύματος.

Βίντεο σχετικά με το θέμα

Πηγές:

• Φωτόνιο 1099: τα πάντα για το αυτοκίνητο

Κύριοςποσοστό αριθμός- αυτό είναι ένα σύνολο αριθμός, που είναι ένας ορισμός της κατάστασης ενός ηλεκτρονίου σε ενεργειακό επίπεδο. Το επίπεδο ενέργειας είναι ένα σύνολο στατικές καταστάσειςηλεκτρόνιο σε ένα άτομο με παρόμοιες ενεργειακές τιμές. Κύριοςποσοστό αριθμόςκαθορίζει την απόσταση ενός ηλεκτρονίου από τον πυρήνα και χαρακτηρίζει την ενέργεια των ηλεκτρονίων που καταλαμβάνουν αυτό το επίπεδο.

Το σύνολο των αριθμών που χαρακτηρίζει την κατάσταση ονομάζονται κβαντικοί αριθμοί. Λειτουργία κυμάτωνηλεκτρόνιο σε ένα άτομο, η μοναδική του κατάσταση καθορίζεται από τέσσερις κβαντικούς αριθμούς - κύριος, μαγνητικός, τροχιακός και νάρθηκας - η ροπή κίνησης του στοιχειώδους, που εκφράζεται σε ποσοτική αξία. Κύριοςποσοστό αριθμόςέχει n .Αν το κύριο κβαντικό αριθμόςαυξάνεται, τότε η τροχιά και η ενέργεια του ηλεκτρονίου αυξάνονται ανάλογα. Πως μικρότερη αξία n, αυτά μεγαλύτερη αξία ενεργειακή αλληλεπίδρασηηλεκτρόνιο Εάν η συνολική ενέργεια των ηλεκτρονίων είναι ελάχιστη, τότε η κατάσταση του ατόμου ονομάζεται μη διεγερμένη ή γειωμένη. Κατάσταση του ατόμου με υψηλή αξίαενέργεια ονομάζεται διεγερμένη. Στο υψηλότερο επίπεδο αριθμόςΤα ηλεκτρόνια μπορούν να προσδιοριστούν με τον τύπο N = 2n2 Όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταβαίνει από το ένα επίπεδο ενέργειας στο άλλο, το κύριο κβάντο αριθμόςΣτην κβαντική θεωρία, η δήλωση ότι η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου είναι κβαντισμένη, δηλαδή, μπορεί να λάβει μόνο διακριτά, ορισμένες αξίες. Για να γνωρίζουμε την κατάσταση ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο, είναι απαραίτητο να λάβουμε υπόψη την ενέργεια του ηλεκτρονίου, το σχήμα του ηλεκτρονίου και άλλες παραμέτρους. Από την περιοχή φυσικούς αριθμούς, όπου το n μπορεί να είναι ίσο με 1 και 2 και 3 και ούτω καθεξής, το κύριο κβάντο αριθμόςμπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή. Στην κβαντική θεωρία επίπεδα ενέργειαςσυμβολίζεται με γράμματα, η τιμή n - με αριθμούς. Ο αριθμός της περιόδου όπου βρίσκεται το στοιχείο, ίσο με τον αριθμόεπίπεδα ενέργειας σε ένα άτομο στη βασική του κατάσταση. Όλα τα επίπεδα ενέργειας αποτελούνται από υποεπίπεδα. Το υποεπίπεδο αποτελείται από ατομικά τροχιακά, τα οποία καθορίζονται και χαρακτηρίζονται από το κύριο κβάντο αριθμός m n, τροχιακό αριθμός m l και κβαντική αριθμός m ml. Ο αριθμός των υποεπιπέδων κάθε επιπέδου δεν υπερβαίνει το n Η κυματική εξίσωση Schrödinger είναι η πιο βολική ηλεκτρονική δομήάτομο.

Η κβαντική φυσική έγινε μια τεράστια ώθηση για την ανάπτυξη της επιστήμης τον 20ο αιώνα. Μια προσπάθεια να περιγραφεί η αλληλεπίδραση των μικρότερων σωματιδίων με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο, χρησιμοποιώντας την κβαντομηχανική, όταν κάποια προβλήματα της κλασικής μηχανικής φαινόταν ήδη άλυτα, προκάλεσε μια πραγματική επανάσταση.

Λόγοι για την εμφάνιση της κβαντικής φυσικής

Φυσική – περιγράφει τους νόμους με τους οποίους λειτουργεί ο κόσμος. Η Νευτώνεια, ή κλασική, προέκυψε τον Μεσαίωνα και οι εγκαταστάσεις της μπορούσαν να φανούν στην αρχαιότητα. Εξηγεί τέλεια όλα όσα συμβαίνουν σε μια κλίμακα που αντιλαμβάνεται ο άνθρωπος χωρίς πρόσθετα όργανα μέτρησης. Αλλά οι άνθρωποι αντιμετώπισαν πολλές αντιφάσεις όταν άρχισαν να μελετούν τον μικρό- και τον μακρόκοσμο, για να εξερευνήσουν τόσο τα μικρότερα σωματίδια που αποτελούν την ύλη όσο και τους γιγάντιους γαλαξίες που περιβάλλουν αγαπητός στον άνθρωπο Γαλαξίας. Αποδείχθηκε ότι η κλασική φυσική δεν είναι κατάλληλη για όλα. Έτσι εμφανίστηκε η κβαντική φυσική - η επιστήμη των κβαντομηχανικών και συστημάτων κβαντικών πεδίων. Τεχνικήγια τη μελέτη της κβαντικής φυσικής - αυτή είναι η κβαντική μηχανική και κβαντική θεωρίαχωράφια. Χρησιμοποιούνται επίσης σε άλλους σχετικούς τομείς της φυσικής.

Βασικές αρχές της κβαντικής φυσικής, σε σύγκριση με την κλασική

Για όσους μόλις εξοικειώνονται κβαντική φυσική, οι διατάξεις του φαίνονται συχνά παράλογες ή και παράλογες. Ωστόσο, εμβαθύνοντας σε αυτά, είναι πολύ πιο εύκολο να εντοπίσουμε τη λογική. Ο ευκολότερος τρόπος για να μάθετε τις βασικές αρχές της κβαντικής φυσικής είναι να τη συγκρίνετε με την κλασική φυσική.

Αν στην κλασική πιστεύεται ότι η φύση είναι αμετάβλητη, ανεξάρτητα από το πώς την περιγράφουν οι επιστήμονες, τότε στην κβαντική φυσικήτο αποτέλεσμα των παρατηρήσεων θα εξαρτηθεί σε μεγάλο βαθμό από τη μέθοδο μέτρησης που χρησιμοποιείται.

Σύμφωνα με τους νόμους της μηχανικής του Νεύτωνα, που αποτελούν τη βάση της κλασικής φυσικής, ένα σωματίδιο (ή υλικό σημείο) σε κάθε στιγμή του χρόνου έχει μια συγκεκριμένη θέση και ταχύτητα. ΣΕ κβαντική μηχανικήαυτό είναι λάθος. Βασίζεται στην αρχή της υπέρθεσης αποστάσεων. Δηλαδή, εάν ένα κβαντικό σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε μία και σε άλλη κατάσταση, τότε μπορεί να είναι και σε τρίτη κατάσταση - το άθροισμα των δύο προηγούμενων (αυτό ονομάζεται γραμμικός συνδυασμός). Επομένως, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί ακριβώς πού θα βρίσκεται το σωματίδιο σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Μπορείτε μόνο να υπολογίσετε την πιθανότητα να βρίσκεται κάπου.

Αν μέσα κλασική φυσικήμπορείτε να χτίσετε μια τροχιά κίνησης φυσικό σώμα, τότε στο κβαντικό υπάρχει μόνο μια κατανομή πιθανότητας που θα αλλάξει με την πάροδο του χρόνου. Επιπλέον, το μέγιστο της κατανομής βρίσκεται πάντα εκεί που καθορίζεται από την κλασική μηχανική! Αυτό είναι πολύ σημαντικό, καθώς επιτρέπει, πρώτον, να εντοπίσουμε τη σύνδεση μεταξύ κλασικού και κβαντική μηχανική, και δεύτερον, δείχνει ότι δεν έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους. Μπορούμε να πούμε ότι η κλασική φυσική είναι μια ειδική περίπτωση της κβαντικής φυσικής.

Η πιθανότητα στην κλασική φυσική εμφανίζεται όταν ο ερευνητής δεν γνωρίζει κάποιες ιδιότητες ενός αντικειμένου. Στην κβαντική φυσική, η πιθανότητα είναι θεμελιώδης και είναι πάντα παρούσα, ανεξάρτητα από το βαθμό άγνοιας.

Στην κλασική μηχανική, επιτρέπονται οποιεσδήποτε τιμές ενέργειας και ταχύτητας για ένα σωματίδιο, αλλά στην κβαντομηχανική επιτρέπονται μόνο ορισμένες τιμές, «κβαντισμένες». Καλούνται ιδιοτιμές, καθένα από τα οποία αντιστοιχεί καθαρή αξία. Ένα κβάντο είναι ένα «μερίδιο» κάποιας ποσότητας που δεν μπορεί να χωριστεί σε συστατικά.

Μία από τις θεμελιώδεις αρχές της κβαντικής φυσικής είναι η Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg. Το θέμα εδώ είναι ότι δεν υπάρχει τρόπος να προσδιοριστεί ταυτόχρονα και η ταχύτητα και η θέση ενός σωματιδίου. Μπορείτε να μετρήσετε μόνο ένα πράγμα. Επιπλέον, όσο καλύτερα μετράει η συσκευή την ταχύτητα ενός σωματιδίου, τόσο λιγότερα θα είναι γνωστά για τη θέση του και αντίστροφα.

Το γεγονός είναι ότι για να μετρήσετε ένα σωματίδιο, πρέπει να το «κοιτάξετε», δηλαδή να στείλετε ένα σωματίδιο φωτός - ένα φωτόνιο - προς την κατεύθυνσή του. Αυτό το φωτόνιο, για το οποίο ο ερευνητής γνωρίζει τα πάντα, θα συγκρουστεί με το σωματίδιο που μετράται και θα αλλάξει τις ιδιότητές του. Αυτό είναι περίπου το ίδιο με τη μέτρηση της ταχύτητας ενός κινούμενου αυτοκινήτου στέλνοντας ένα άλλο αυτοκίνητο με γνωστή ταχύτητα προς αυτό και, στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας την αλλαγμένη ταχύτητα και τροχιά του δεύτερου αυτοκινήτου, εξετάζοντας το πρώτο. Η κβαντική φυσική μελετά αντικείμενα τόσο μικρά που ακόμη και τα φωτόνια —σωματίδια φωτός— αλλάζουν τις ιδιότητές τους.

Φως και θερμότητα, γεύση και οσμή, χρώμα και πληροφορίες - όλα αυτά είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με τα φωτόνια. Επιπλέον, η ζωή των φυτών, των ζώων και των ανθρώπων είναι αδύνατη χωρίς αυτό το εκπληκτικό σωματίδιο.

Πιστεύεται ότι υπάρχουν περίπου 20 δισεκατομμύρια φωτόνια στο Σύμπαν για κάθε πρωτόνιο ή νετρόνιο. Αυτός είναι ένας φανταστικά τεράστιος αριθμός.

Τι γνωρίζουμε όμως για αυτό το πιο κοινό σωματίδιο στον κόσμο γύρω μας;

Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η ταχύτητα ενός φωτονίου είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός στο κενό, δηλ. περίπου 300.000 km/sec και αυτή είναι η μέγιστη δυνατή ταχύτητα στο Σύμπαν.

Άλλοι επιστήμονες πιστεύουν ότι υπάρχουν πολλά παραδείγματα στο Σύμπαν στα οποία οι ταχύτητες των σωματιδίων είναι μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός.

Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι το φωτόνιο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

Άλλοι πιστεύουν ότι το φωτόνιο έχει ηλεκτρικό φορτίο(σύμφωνα με ορισμένα δεδομένα, λιγότερο από 10 -22 eV/sec 2).

Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι ένα φωτόνιο είναι ένα σωματίδιο χωρίς μάζα και, κατά τη γνώμη τους, η μάζα ενός φωτονίου σε ηρεμία είναι μηδέν.

Άλλοι πιστεύουν ότι το φωτόνιο έχει μάζα. Αλήθεια, πολύ, πολύ μικρό. Ορισμένοι ερευνητές τηρούν αυτή την άποψη, ορίζοντας τη μάζα των φωτονίων με διαφορετικούς τρόπους: λιγότερο από 6 x 10 -16 eV, 7 x 10 -17 eV, 1 x 10 -22 eV και ακόμη και 3 x 10 -27 eV, που είναι δισεκατομμύρια φορές μικρότερη μάζα ηλεκτρονίων.

Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι, σύμφωνα με τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός, ένα φωτόνιο είναι ένα σωματίδιο, δηλ. μόριο. (Ευκλείδης, Λουκρήτιος, Πτολεμαίος, I. Newton, P. Gassendi)

Άλλοι (R. Descartes, R. Hooke, H. Huygens, T. Jung και O. Fresnel), βασιζόμενοι στα φαινόμενα περίθλασης και παρεμβολής του φωτός, πιστεύουν ότι το φωτόνιο έχει κυματική φύση.

Όταν εκπέμπεται ή απορροφάται ατομικούς πυρήνεςκαι τα ηλεκτρόνια, καθώς και κατά τη διάρκεια του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, το φωτόνιο συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο.

Και όταν περνάει από μέσα γυάλινο πρίσμαή μια μικρή τρύπα σε ένα εμπόδιο, το φωτόνιο δείχνει τις ιδιότητες του φωτεινού κύματος.

Η συμβιβαστική λύση του Γάλλου επιστήμονα Louis de Broglie, η οποία βασίζεται στον δυϊσμό κύματος-σωματιδίου, που δηλώνει ότι τα φωτόνια έχουν και ιδιότητες σωματιδίων και κυμάτων, δεν είναι η απάντηση σε αυτό το ερώτημα. Η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου είναι μόνο μια προσωρινή συμφωνία, με βάση την απόλυτη αδυναμία των επιστημόνων να απαντήσουν σε αυτό το εξαιρετικά σημαντικό ερώτημα.

Φυσικά, αυτή η συμφωνία ηρέμησε κάπως την κατάσταση, αλλά δεν έλυσε το πρόβλημα.

Με βάση αυτό, μπορούμε να διατυπώσουμε πρώτη ερώτησησχετίζεται με ένα φωτόνιο

Ερώτηση ένα.

Τα φωτόνια είναι κύματα ή σωματίδια; Ή μήπως και τα δύο ή κανένα;

Περαιτέρω. ΣΕ σύγχρονη φυσικήφωτόνιο είναι στοιχειώδες σωματίδιο, που είναι ένα κβάντο (μερίδιο) ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Φωςείναι επίσης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και το φωτόνιο θεωρείται φορέας φωτός. Αυτό έχει εδραιωθεί αρκετά σταθερά στη συνείδησή μας και το φωτόνιο συνδέεται, πρώτα απ 'όλα, με το φως.

Ωστόσο, εκτός από το φως, υπάρχουν και άλλα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας: ακτινοβολία γάμμα, ακτίνες Χ, υπεριώδη, ορατή, υπέρυθρη, μικροκυματική και ραδιοακτινοβολία. Διαφέρουν μεταξύ τους σε μήκος κύματος, συχνότητα, ενέργεια και έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά.

Τύποι ακτινοβολίας και συνοπτικά χαρακτηριστικά τους

Φορέας όλων των τύπων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι το φωτόνιο. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, είναι το ίδιο για όλους. Ταυτόχρονα, κάθε τύπος ακτινοβολίας χαρακτηρίζεται από διαφορετικό μήκος κύματος, συχνότητα δόνησης και διαφορετικές ενέργειες φωτονίων. Λοιπόν, διαφορετικά φωτόνια; Φαίνεται ότι ο αριθμός των διαφορετικών τύπων Ηλεκτρομαγνητικά κύματαπρέπει να υπάρχει ίσος αριθμός διαφορετικών τύπων φωτονίων. Αλλά υπάρχει ακόμα μόνο ένα φωτόνιο στη σύγχρονη φυσική.

Αποδεικνύεται ένα επιστημονικό παράδοξο - οι ακτινοβολίες είναι διαφορετικές, οι ιδιότητές τους είναι επίσης διαφορετικές, αλλά το φωτόνιο που μεταφέρει αυτές τις ακτινοβολίες είναι το ίδιο.

Για παράδειγμα, η ακτινοβολία γάμμα και οι ακτίνες Χ ξεπερνούν τα εμπόδια, αλλά η υπεριώδης και υπέρυθρη ακτινοβολία και το ορατό φως, που έχουν μεγαλύτερο μήκος κύματος αλλά χαμηλότερη ενέργεια, δεν το κάνουν. Ταυτόχρονα, η ακτινοβολία μικροκυμάτων και ραδιοκυμάτων έχουν ακόμη μεγαλύτερο μήκος κύματος και ακόμη λιγότερη ενέργεια, αλλά ξεπερνούν το πάχος του νερού και των τσιμεντένιων τοίχων. Γιατί;

Διεισδυτικές ικανότητες φωτονίων κάτω από διάφορες ακτινοβολίες

Εδώ προκύπτουν δύο ερωτήματα.

Ερώτηση δύο.

Είναι πραγματικά όλα τα φωτόνια ίδια σε όλους τους τύπους ακτινοβολίας;

Ερώτηση τρίτη.

Γιατί τα φωτόνια ορισμένων τύπων ακτινοβολίας ξεπερνούν τα εμπόδια, αλλά όχι άλλων τύπων ακτινοβολίας; Τι συμβαίνει - ακτινοβολία ή φωτόνια;

Υπάρχει η άποψη ότι ένα φωτόνιο είναι το μικρότερο σωματίδιο χωρίς δομή στο Σύμπαν. Η επιστήμη δεν έχει ακόμη καταφέρει να εντοπίσει κάτι μικρότερο από ένα φωτόνιο. Είναι όμως; Άλλωστε, κάποτε το άτομο θεωρούνταν αδιαίρετο και το μικρότερο στον κόσμο γύρω μας. Επομένως, η τέταρτη ερώτηση είναι λογική:

Ερώτηση τέταρτη.

Είναι ένα φωτόνιο ένα μικροσκοπικό και χωρίς δομή σωματίδιο ή αποτελείται από ακόμη μικρότερους σχηματισμούς;

Επιπλέον, πιστεύεται ότι η μάζα ηρεμίας ενός φωτονίου είναι μηδέν, αλλά σε κίνηση εμφανίζει τόσο μάζα όσο και ενέργεια. Αλλά μετά υπάρχει

ερώτηση πέμπτη:

Είναι ένα φωτόνιο υλικό σωματίδιο ή όχι; Εάν ένα φωτόνιο είναι υλικό, τότε πού εξαφανίζεται η μάζα του σε ηρεμία; Αν δεν είναι υλικό, τότε γιατί καταγράφονται οι εντελώς υλικές αλληλεπιδράσεις του με τον κόσμο γύρω μας;

Μπροστά μας, λοιπόν, είναι πέντε αινιγματικές ερωτήσεις που σχετίζονται με το φωτόνιο. Και σήμερα δεν έχουν τις σαφείς απαντήσεις τους. Κάθε ένα από αυτά έχει τα δικά του προβλήματα. Προβλήματα που θα προσπαθήσουμε να εξετάσουμε σήμερα.

Στα ταξίδια μας «Breath of the Universe», «Depths of the Universe» και «Power of the Universe», μέσα από το πρίσμα της δομής και της λειτουργίας του Σύμπαντος, εξετάσαμε όλα αυτά τα θέματα αρκετά βαθιά. Έχουμε ανιχνεύσει ολόκληρη την πορεία του σχηματισμού φωτονίων από την εμφάνιση θεμελιωδών σωματιδίων - θρόμβους αιθέριων στροβίλων έως τους γαλαξίες και τα σμήνη τους. Τολμώ να ελπίζω ότι έχουμε μια αρκετά λογική και συστηματικά οργανωμένη εικόνα του κόσμου. Επομένως, η υπόθεση για τη δομή του φωτονίου έγινε ένα λογικό βήμα στο σύστημα γνώσης για το Σύμπαν μας.

Δομή φωτονίων

Το φωτόνιο εμφανίστηκε μπροστά μας όχι ως σωματίδιο ή ως κύμα, αλλά ως ένα περιστρεφόμενο ελατήριο σε σχήμα κώνου, με μια διαστελλόμενη αρχή και ένα κωνικό τέλος.

Ο σχεδιασμός του ελατηρίου του φωτονίου μας επιτρέπει να απαντήσουμε σχεδόν σε όλες τις ερωτήσεις που προκύπτουν κατά τη μελέτη φυσικών φαινομένων και πειραματικών αποτελεσμάτων.

Έχουμε ήδη αναφέρει ότι τα φωτόνια είναι φορείς διαφόρων τύπων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Παράλληλα, παρά το γεγονός ότι η επιστήμη γνωρίζει διαφορετικά είδηηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία: ακτινοβολία γάμμα, ακτίνες Χ, υπεριώδης, ορατή, υπέρυθρη, ακτινοβολία μικροκυμάτων και ραδιοακτινοβολία, φέροντα φωτόνια που εμπλέκονται σε αυτές τις διεργασίες δεν έχουν τις δικές τους ποικιλίες. Κατά κάποιους δηλαδή επιστήμονες οποιοσδήποτεο τύπος ακτινοβολίας μεταφέρεται από έναν ορισμένο παγκόσμιο τύπο φωτονίων, ο οποίος εκδηλώνεται εξίσου επιτυχώς στις διαδικασίες ακτινοβολίας γάμμα και στις διαδικασίες ραδιοεκπομπής και σε οποιουσδήποτε άλλους τύπους ακτινοβολίας.

Δεν μπορώ να συμφωνήσω με αυτή τη θέση, γιατί φυσικά φαινόμεναδείχνουν ότι όλες οι γνωστές ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους όχι μόνο στις παραμέτρους (μήκος κύματος, συχνότητα, ενεργειακές δυνατότητες), αλλά και στις ιδιότητές τους. Για παράδειγμα, η ακτινοβολία γάμμα διαπερνά εύκολα οποιαδήποτε εμπόδια και η ορατή ακτινοβολία σταματά εξίσου εύκολα από αυτά τα εμπόδια.

Κατά συνέπεια, σε μια περίπτωση, τα φωτόνια μπορούν να μεταφέρουν ακτινοβολία μέσω φραγμών και σε μια άλλη, τα ίδια φωτόνιαείναι ήδη αδύναμοι να ξεπεράσουν οτιδήποτε. Αυτό το γεγονός μας κάνει να αναρωτιόμαστε εάν τα φωτόνια είναι πραγματικά τόσο καθολικά ή αν έχουν τις δικές τους ποικιλίες, σύμφωνες με τις ιδιότητες διαφορετικών ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολίαστο Σύμπαν.

υποθέτωσωστά, προσδιορίστε κάθε τύπο ακτινοβολίας δική του ποικιλίαφωτόνια. Δυστυχώς, μια τέτοια διαβάθμιση εξακολουθεί να υπάρχει σύγχρονη επιστήμημη διαθέσιμος. Αλλά αυτό δεν είναι μόνο εύκολο, αλλά και εξαιρετικά απαραίτητο να διορθωθεί. Και αυτό είναι αρκετά κατανοητό, καθώς η ακτινοβολία και οι παράμετροί της αλλάζουν και τα φωτόνια στη σύγχρονη ερμηνεία αντιπροσωπεύονται από μία μόνο γενική έννοια - το "φωτόνιο". Αν και, πρέπει να παραδεχτούμε ότι με τις αλλαγές στις παραμέτρους της ακτινοβολίας στη βιβλιογραφία αναφοράς, αλλάζουν και οι παράμετροι των φωτονίων.

Η κατάσταση είναι παρόμοια με την εφαρμογή γενική έννοια«αυτοκίνητο» σε όλες τις μάρκες της. Αλλά αυτές οι μάρκες είναι διαφορετικές. Μπορούμε να αγοράσουμε Lada, Mercedes, Volvo ή Toyota. Όλα ταιριάζουν στην έννοια του «αυτοκίνητου», αλλά είναι όλα διαφορετικά τόσο στην εμφάνιση όσο και στην εμφάνιση τεχνικές προδιαγραφέςκαι με κόστος.

Επομένως, θα ήταν λογικό να προτείνουμε φωτόνια ακτινοβολίας γάμμα ως φορείς της ακτινοβολίας γ, ακτινοβολία ακτίνων Χ- Φωτόνια ακτίνων Χ, υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ- φωτόνια υπεριώδους ακτινοβολίας κ.λπ. Όλοι αυτοί οι τύποι φωτονίων θα διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το μήκος των στροφών (μήκος κύματος), την ταχύτητα περιστροφής (συχνότητα δόνησης) και την ενέργεια που μεταφέρουν.

Τα φωτόνια ακτίνων γάμμα και ακτίνων Χ είναι ένα συμπιεσμένο ελατήριο με ελάχιστες διαστάσεις και συγκεντρωμένη ενέργεια σε αυτόν τον μικρό όγκο. Επομένως, παρουσιάζουν τις ιδιότητες των σωματιδίων και ξεπερνούν εύκολα τα εμπόδια, κινούμενοι μεταξύ μορίων και ατόμων ύλης.

Υπεριώδη φωτόνια, ορατό φως και φωτόνια υπέρυθρη ακτινοβολία- αυτό είναι το ίδιο ελατήριο, μόνο τεντωμένο. Η ενέργεια σε αυτά τα φωτόνια παρέμεινε η ίδια, αλλά κατανεμήθηκε σε ένα πιο επιμήκη σώμα του φωτονίου. Η αύξηση του μήκους ενός φωτονίου του επιτρέπει να επιδεικνύει τις ιδιότητες ενός κύματος. Ωστόσο, μια αύξηση της διαμέτρου του φωτονίου δεν του επιτρέπει να διεισδύσει μεταξύ των μορίων της ουσίας.

Τα φωτόνια μικροκυμάτων και ραδιοφώνου έχουν ακόμη πιο τεντωμένη δομή. Το μήκος των ραδιοκυμάτων μπορεί να φτάσει αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα, αλλά έχουν τη μικρότερη ενέργεια. Διαπερνούν εύκολα τα εμπόδια, σαν να βιδώνονται στην ουσία του φραγμού, παρακάμπτοντας τα μόρια και τα άτομα της ουσίας.

Στο Σύμπαν, όλα τα είδη φωτονίων μετατρέπονται σταδιακά από φωτόνια ακτινοβολίας γάμμα. Τα φωτόνια ακτίνων γάμμα είναι πρωτεύοντα. Όταν κινούνται στο διάστημα, η ταχύτητα περιστροφής τους μειώνεται και μετατρέπονται διαδοχικά σε φωτόνια ακτινοβολίας ακτίνων Χ και αυτά με τη σειρά τους σε φωτόνια υπεριώδους ακτινοβολίας, τα οποία μετατρέπονται σε φωτόνια ορατού φωτός κ.λπ.

Επομένως, τα φωτόνια ακτίνων γάμμα μετατρέπονται σε φωτόνια ακτίνων Χ. Αυτά τα φωτόνια θα έχουν μεγαλύτερο μήκος κύματος και χαμηλότερο ρυθμό σπιν. Στη συνέχεια, τα φωτόνια ακτίνων Χ μετατρέπονται σε υπεριώδη φωτόνια, τα οποία μετατρέπονται σε ορατό φως κ.ο.κ.

Πλέον λαμπρό παράδειγμαΜπορούμε να παρατηρήσουμε αυτόν τον μετασχηματισμό στη δυναμική κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής έκρηξης.

Πυρηνική έκρηξη και ζώνες με τις καταστροφικές επιπτώσεις της

Σε εξέλιξη πυρηνική έκρηξημέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, ένα ρεύμα φωτονίων ακτινοβολίας γάμμα διεισδύει περιβάλλονσε απόσταση περίπου 3 χλμ. Στη συνέχεια, η ακτινοβολία γάμμα σταματά, αλλά ανιχνεύεται η ακτινοβολία ακτίνων Χ. Πιστεύω ότι σε αυτή την περίπτωση, τα φωτόνια της ακτινοβολίας γάμμα μετατρέπονται σε φωτόνια ακτινοβολίας ακτίνων Χ, και αυτά, διαδοχικά, σε φωτόνια υπεριώδους, ορατής και υπέρυθρης ακτινοβολίας. Η ροή των φωτονίων ανάλογα προκαλεί την εμφάνιση επιβλαβείς παράγοντεςπυρηνική έκρηξη - διεισδυτική ακτινοβολία, ελαφριά ακτινοβολία και πυρκαγιές.

Στο «The Depths of the Universe» εξετάσαμε λεπτομερώς τη δομή των φωτονίων και τις διαδικασίες σχηματισμού και λειτουργίας τους. Μας έγινε σαφές ότι τα φωτόνια αποτελούνται από ενεργειακά κλάσματα σε σχήμα δακτυλίου διαφορετικών διαμέτρων που συνδέονται μεταξύ τους.

Δομή φωτονίων

Τα κλάσματα σχηματίζονται από θεμελιώδη σωματίδια - οι μικρότεροι θρόμβοι αιθερικής δίνης, οι οποίοι είναι αιθερικά πυκνοίάγανο. Αυτές οι αιθερικές πυκνότητες είναι εντελώς υλικές, όπως ο αιθέρας και ολόκληρος ο κόσμος γύρω μας είναι υλικός. Οι αιθερικές πυκνότητες καθορίζουν τους δείκτες μάζας των αιθερικών θρόμβων δίνης. Η μάζα των συστάδων αποτελεί τη μάζα των κλασμάτων και απαρτίζουν τη μάζα του φωτονίου. ΚΑΙ δεν έχει σημασία αν είναι σε κίνηση ή σε ηρεμία. Επομένως το φωτόνιο είναι εντελώς υλικόκαι έχει το δικό του καλά καθορισμένο μάζα τόσο σε ηρεμία όσο και σε κίνηση.

Έχουμε ήδη λάβει άμεση επιβεβαίωση της ιδέας μας για τη δομή του φωτονίου και τη σύνθεσή του κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Ελπίζω ότι στο εγγύς μέλλον θα δημοσιεύσουμε όλα τα αποτελέσματα που προέκυψαν. Επιπλέον, παρόμοια αποτελέσματα λήφθηκαν σε ξένα εργαστήρια. Άρα, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι είμαστε στο σωστό δρόμο.

Έτσι, έχουμε απαντήσει σε μια σειρά από ερωτήσεις σχετικά με το φωτόνιο.

Ένα φωτόνιο, κατά την κατανόησή μας, δεν είναι ένα σωματίδιο ή ένα κύμα, αλλά ένα ελατήριο διαφορετικές συνθήκεςμπορεί να συμπιεστεί στο μέγεθος των σωματιδίων ή μπορεί να τεντωθεί, παρουσιάζοντας τις ιδιότητες ενός κύματος.

Τα φωτόνια έχουν τις δικές τους ποικιλίες ανάλογα με τον τύπο της ακτινοβολίας και μπορεί να είναι φωτόνια ακτινοβολίας γάμμα, φωτόνια ακτίνων Χ, υπεριώδη, ορατά, υπέρυθρα και μικροκυματικά φωτόνια, καθώς και ραδιοφωτόνια.

Το φωτόνιο είναι υλικό και έχει μάζα. Δεν είναι το μικρότερο σωματίδιοστο Σύμπαν, αλλά αποτελείται από αιθερικούς θρόμβους δίνης και ενεργειακά κλάσματα.

Καταλαβαίνω ότι αυτή είναι μια κάπως απροσδόκητη και ασυνήθιστη ερμηνεία του φωτονίου. Ωστόσο, δεν προχωρώ από γενικά αποδεκτούς κανόνες και αξιώματα που υιοθετήθηκαν πριν από πολλά χρόνια χωρίς σύνδεση με διαδικασίες γενική ανάπτυξηειρήνη. Και από τη λογική, που προέρχεται από τους νόμους της δομής του κόσμου, που είναι το κλειδί για την πόρτα που οδηγεί στην Αλήθεια.

Παράλληλα, το 2013 βραβεύτηκαν βραβεία Νόμπελαπό τους φυσικούς Peter Higgs και Francois Engler, οι οποίοι το 1964 πρότειναν ανεξάρτητα την ύπαρξη ενός άλλου σωματιδίου στη φύση - του ουδέτερου μποζονίου, το οποίο ελαφρύ χέρι Ο βραβευμένος με ΝόμπελΟ L. Lederman ονομαζόταν το «σωματίδιο του Θεού», δηλαδή αυτή η θεμελιώδης αρχή, εκείνο το πρώτο τούβλο από το οποίο ο κόσμος. Το 2012, πραγματοποιώντας πειράματα σε συγκρουόμενες δέσμες πρωτονίων σε υψηλές ταχύτητες, δύο πάλι ανεξάρτητα επιστημονική κοινότητακαι πάλι, σχεδόν ταυτόχρονα ανακοίνωσαν την ανακάλυψη ενός σωματιδίου του οποίου οι παράμετροι συμπίπτουν μεταξύ τους και αντιστοιχούσαν στις τιμές που είχαν προβλέψει οι P. Higgs και F. Engler.

Ένα τέτοιο σωματίδιο ήταν ένα ουδέτερο μποζόνιο που καταγράφηκε κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, του οποίου η διάρκεια ζωής δεν ήταν μεγαλύτερη από 1,56 x 10 -22 δευτερόλεπτα και του οποίου η μάζα ήταν μεγαλύτερη από 100 φορές τη μάζα ενός πρωτονίου. Αυτό το σωματίδιο πιστώθηκε με την ικανότητα να μεταδίδει μάζα σε κάθε υλικό που υπάρχει σε αυτόν τον κόσμο - από ένα άτομο έως ένα σμήνος γαλαξιών. Επιπλέον, υποτέθηκε ότι αυτό το σωματίδιο είναι άμεση απόδειξη της παρουσίας ενός συγκεκριμένου υποθετικού πεδίου, που διέρχεται από το οποίο όλα τα σωματίδια αποκτούν βάρος. Αυτή είναι μια τόσο μαγική ανακάλυψη.

Ωστόσο, η γενική ευφορία από αυτή την ανακάλυψη δεν κράτησε πολύ. Διότι προέκυψαν ερωτήματα που δεν μπορούσαν να μην προκύψουν. Πράγματι, αν το μποζόνιο Χιγκς είναι πραγματικά ένα «σωματίδιο του Θεού», τότε γιατί η «ζωή» του είναι τόσο φευγαλέα; Η κατανόηση του Θεού ήταν πάντα συνδεδεμένη με την αιωνιότητα. Αλλά αν ο Θεός είναι αιώνιος, τότε οποιοδήποτε μόριο Του πρέπει επίσης να είναι αιώνιο. Θα ήταν λογικό και κατανοητό. Αλλά η «ζωή» ενός μποζονίου που διαρκεί ένα κλάσμα του δευτερολέπτου με είκοσι δύο μηδενικά μετά την υποδιαστολή δεν ταιριάζει πραγματικά με την αιωνιότητα. Είναι δύσκολο να το αποκαλέσει κανείς μια στιγμή.

Επιπλέον, εάν πρόκειται να μιλήσουμε για το «σωματίδιο του Θεού», τότε είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ξεκάθαρα ότι πρέπει να βρίσκεται σε οτιδήποτε μας περιβάλλει και να αντιπροσωπεύει μια ανεξάρτητη, μακρόβια και ελάχιστα δυνατή ογκώδη οντότητα που αποτελεί γνωστά σωματίδια του κόσμου μας.

Από αυτά τα θεϊκά σωματίδια, ο κόσμος μας θα έπρεπε σταδιακά να οικοδομηθεί, βήμα προς βήμα. Τα σωματίδια πρέπει να αποτελούνται από αυτά, τα άτομα πρέπει να αποτελούνται από σωματίδια και ούτω καθεξής στα αστέρια, τους γαλαξίες και το Σύμπαν. Όλα τα γνωστά και άγνωστα πεδία πρέπει επίσης να συνδέονται με αυτό το μαγικό σωματίδιο και να μεταδίδουν όχι μόνο μάζα, αλλά και οποιαδήποτε άλλη αλληλεπίδραση. Νομίζω ότι αυτό είναι λογικό και δεν έρχεται σε αντίθεση ΚΟΙΝΗ ΛΟΓΙΚΗ. Επειδή, αφού συνδέουμε αυτό το σωματίδιο με θεϊκή αρχή, τότε πρέπει να έχουν επαρκή ανταπόκριση στις προσδοκίες μας.

Ωστόσο, έχουμε ήδη δει ότι η μάζα του μποζονίου Higgs υπερβαίνει σημαντικά ακόμη και τη μάζα του πρωτονίου. Πώς όμως μπορείς να φτιάξεις κάτι μικρό από κάτι μεγάλο; Πώς να χωρέσετε έναν ελέφαντα σε μια τρύπα ποντικιού;! Με τιποτα.

Όλο αυτό το θέμα, για να είμαι ειλικρινής, δεν είναι πολύ διαφανές και δικαιολογημένο. Αν και, ίσως δεν καταλαβαίνω καλά κάτι λόγω της έλλειψης ικανοτήτων μου, εντούτοις, το μποζόνιο Χιγκς, κατά τη βαθιά μου πεποίθηση, δεν ταιριάζει πραγματικά κάτω από το «σωματίδιο του Θεού».

Ένα άλλο πράγμα είναι το φωτόνιο. Αυτό το υπέροχο σωματίδιο έχει μεταμορφώσει εντελώς την ανθρώπινη ζωή στον πλανήτη.

Χάρη στα φωτόνια διαφόρων ακτινοβολιών, βλέπουμε τον κόσμο γύρω μας και απολαμβάνουμε ηλιακό φωςκαι ζεστασιά, ακούμε μουσική και παρακολουθούμε τηλεοπτικές ειδήσεις, διαγιγνώσκουμε και θεραπεύουμε, ελέγχουμε και ελαττώνουμε μέταλλα, κοιτάμε στο διάστημα και διεισδύουμε στα βάθη της ύλης, επικοινωνούμε μεταξύ μας εξ αποστάσεως μέσω τηλεφώνου... Η ζωή χωρίς φωτόνια θα ήταν αδιανόητη. Δεν είναι απλώς ένα μέρος της ζωής μας. Είναι η ζωή μας.

Τα φωτόνια, στην πραγματικότητα, είναι το κύριο όργανο επικοινωνίας του Ανθρώπου με τον κόσμο γύρω του.Μόνο αυτοί μας επιτρέπουν να βυθιστούμε στον κόσμο γύρω μας και, με τη βοήθεια της όρασης, της όσφρησης, της αφής και της γεύσης, να τον κατανοήσουμε και να θαυμάσουμε την ομορφιά και την ποικιλομορφία του. Όλα αυτά χάρη σε αυτά - φωτόνια.

Και επιπλέον. Αυτό είναι ίσως το κύριο πράγμα. Μόνο φωτόνια μεταφέρουν φως! Και σύμφωνα με όλους τους θρησκευτικούς κανόνες, ο Θεός γέννησε αυτό το φως. Επιπλέον, ο Θεός είναι φως!

Λοιπόν, πώς μπορεί κανείς να ξεπεράσει τον πειρασμό και να μην ονομάσει το φωτόνιο; ένα πραγματικό «σωματίδιο Θεού»!Ένα φωτόνιο και μόνο ένα φωτόνιο μπορεί να το ισχυριστεί αυτό υψηλότερη κατάταξη! Το φωτόνιο είναι φως! Το φωτόνιο είναι θερμότητα! Το φωτόνιο είναι όλη η ταραχή των χρωμάτων του κόσμου! Το φωτόνιο είναι ευωδιαστές μυρωδιές και λεπτές γεύσεις! Δεν υπάρχει ζωή χωρίς φωτόνια! Και αν συμβεί, ποιος χρειάζεται μια τέτοια ζωή; Χωρίς φως και ζέστη, χωρίς γεύση και μυρωδιά. Κανένας.

Επομένως, αν μιλάμε για σωματίδιο του Θεού, τότε το μόνο που χρειάζεται είναι να μιλήσουμε φωτόνιο- για αυτό το καταπληκτικό δώρο που μας δόθηκε Από Ανώτερες Δυνάμεις. Αλλά και τότε, μόνο αλληγορικά. Γιατί ο Θεός δεν μπορεί να έχει σωματίδια. Ο Θεός είναι ένας και ολόκληρος και δεν μπορεί να χωριστεί σε κανένα σωματίδιο.

Διάγραμμα Feynman για σκέδαση φωτονίων-φωτονίων. Τα ίδια τα φωτόνια δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους, αφού είναι ουδέτερα σωματίδια. Επομένως, ένα από τα φωτόνια μετατρέπεται σε ζεύγος σωματιδίου-αντισωματιδίου, με το οποίο αλληλεπιδρά το άλλο φωτόνιο.

Οι φυσικοί από τη συνεργασία ATLAS κατέγραψαν για πρώτη φορά την επίδραση της σκέδασης των κβαντών φωτός, των φωτονίων, στα φωτόνια. Αυτό το φαινόμενο είναι μια από τις παλαιότερες προβλέψεις της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, που περιγράφηκε θεωρητικά πριν από περισσότερα από 70 χρόνια, αλλά δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμα πειραματικά. Είναι ενδιαφέρον ότι παραβιάζει τις κλασικές εξισώσεις του Maxwell, καθώς είναι ένα καθαρά κβαντικό φαινόμενο. Η μελέτη δημοσιεύτηκε αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Φυσική της Φύσης,Ωστόσο, μια προτύπωση του άρθρου δημοσιεύθηκε τον Φεβρουάριο του 2017. Λεπτομέρειες σχετικά με αυτό αναφέρθηκαν από την πύλη "Elements.ru"

Μία από τις κύριες ιδιότητες της κλασικής ηλεκτροδυναμικής Maxwellian είναι η αρχή της υπέρθεσης για ηλεκτρομαγνητικά πεδία στο κενό. Σας επιτρέπει να προσθέτετε απευθείας πεδία από διαφορετικές χρεώσεις. Δεδομένου ότι τα φωτόνια είναι διεγέρσεις πεδίων, στο πλαίσιο της κλασικής ηλεκτροδυναμικής δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Αντίθετα, θα πρέπει να περνούν ελεύθερα μεταξύ τους.

Μαγνήτες ανιχνευτή ATLAS

Η κβαντική ηλεκτροδυναμική επεκτείνει τη δράση της κλασικής θεωρίας στην κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων σε ταχύτητες σχεδόν φωτός, επιπλέον, λαμβάνει υπόψη την κβαντοποίηση της ενέργειας πεδίου. Χάρη σε αυτό, στην κβαντική ηλεκτροδυναμική είναι δυνατό να εξηγηθεί ασυνήθιστα φαινόμενα, που σχετίζεται με διεργασίες υψηλής ενέργειας - για παράδειγμα, η γέννηση ζευγών ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων από ένα κενό σε πεδία υψηλής έντασης.

Στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, δύο φωτόνια μπορούν να συγκρουστούν μεταξύ τους και να διασκορπιστούν. Αλλά αυτή η διαδικασία δεν συμβαίνει άμεσα - τα κβάντα φωτός είναι αφόρτιστα και δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Αντίθετα, εμφανίζεται ένας ενδιάμεσος σχηματισμός ενός ζεύγους εικονικού σωματιδίου-αντισωματιδίου (ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο) από ένα φωτόνιο, με το οποίο αλληλεπιδρά το δεύτερο φωτόνιο. Μια τέτοια διαδικασία είναι πολύ απίθανη για κβάντα ορατού φωτός. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί από το γεγονός ότι το φως από κβάζαρ που βρίσκονται 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά φτάνει στη Γη. Αλλά με την αύξηση της ενέργειας των φωτονίων, η πιθανότητα της διαδικασίας με τη γέννηση εικονικών ηλεκτρονίων αυξάνεται.

Μέχρι τώρα, η ένταση και η ενέργεια ακόμη και των πιο ισχυρών λέιζερ δεν ήταν αρκετή για να δούμε απευθείας τη σκέδαση των φωτονίων. Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν ήδη βρει έναν τρόπο να δουν αυτή τη διαδικασία έμμεσα, για παράδειγμα, στις διαδικασίες διάσπασης ενός φωτονίου σε ένα ζεύγος κβαντών χαμηλότερης ενέργειας κοντά στον βαρύ πυρήνα ενός ατόμου.

Ήταν δυνατό να παρατηρηθεί άμεσα η σκέδαση ενός φωτονίου σε ένα φωτόνιο μόνο στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Η διαδικασία έγινε ευδιάκριτη σε πειράματα μετά την αύξηση της ενέργειας των σωματιδίων στον επιταχυντή το 2015 - με την έναρξη του Run 2. Οι φυσικοί της συνεργασίας ATLAS μελέτησαν τις διαδικασίες «υπερπεριφερικών» συγκρούσεων μεταξύ βαρέων πυρήνων μολύβδου, που επιταχύνθηκαν από τον επιταχυντή σε ενέργειες 5 τεραηλεκτρονβολτ ανά νουκλεόνιο του πυρήνα. Σε τέτοιες συγκρούσεις, οι ίδιοι οι πυρήνες δεν συγκρούονται απευθείας μεταξύ τους. Αντίθετα, τα ηλεκτρομαγνητικά τους πεδία αλληλεπιδρούν, στα οποία εμφανίζονται φωτόνια τεράστιας ενέργειας (αυτό οφείλεται στην εγγύτητα της ταχύτητας των πυρήνων με την ταχύτητα του φωτός).

Συμβάν σκέδασης φωτονίου σε φωτόνιο (κίτρινες δέσμες)

Οι υπερπεριφερικές συγκρούσεις χαρακτηρίζονται από μεγάλη καθαρότητα. Σε αυτά, σε περίπτωση επιτυχούς σκέδασης, εμφανίζεται μόνο ένα ζεύγος φωτονίων με διαφορετικές πλευρέςεγκάρσιες παρορμήσεις. Αντίθετα, οι συνηθισμένες πυρηνικές συγκρούσεις παράγουν χιλιάδες νέα σωματίδια θραυσμάτων. Μεταξύ των τεσσάρων δισεκατομμυρίων συμβάντων που συνέλεξε το ATLAS το 2015 από τα στατιστικά στοιχεία των συγκρούσεων πυρήνων μολύβδου, οι επιστήμονες μπόρεσαν να επιλέξουν 13 που αντιστοιχούν στη σκέδαση. Αυτό είναι περίπου 4,5 φορές περισσότερο από το σήμα υποβάθρου που περίμεναν να δουν οι φυσικοί.

Σχέδιο της διαδικασίας σκέδασης στον επιταχυντή. Δύο κανονιοβολίδες πετούν κοντά - αυτοί ηλεκτρομαγνητικά πεδίααλληλεπιδρώ

Η Συνεργασία ATLAS

Η συνεργασία θα συνεχίσει να διερευνά τη διαδικασία στα τέλη του 2018, όταν ο επιταχυντής θα φιλοξενήσει ξανά μια συνεδρία σύγκρουσης βαρείς πυρήνες. Είναι ενδιαφέρον ότι ήταν ο ανιχνευτής ATLAS που αποδείχθηκε κατάλληλος για την έρευνα σπάνια γεγονότασκέδαση φωτονίων στα φωτόνια, αν και ένα άλλο πείραμα, το ALICE, σχεδιάστηκε ειδικά για να αναλύει τις συγκρούσεις βαρέων πυρήνων.

Επί του παρόντος, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων συλλέγει στατιστικά στοιχεία για τις συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων. Πρόσφατα, οι επιστήμονες σχετικά με την ανακάλυψη του πρώτου βαρυονίου διπλής γοητείας σε έναν επιταχυντή και την άνοιξη, φυσικοί από τη συνεργασία ATLAS για μια ασυνήθιστη περίσσεια γεγονότων στη γέννηση δύο αδύναμων μποζονίων αλληλεπίδρασης στην περιοχή υψηλής ενέργειας (περίπου τρία τεραηλεκτρονβολτ ). Ωστόσο, μπορεί να υποδεικνύει ένα νέο υπερβαρύ σωματίδιο στατιστική σημασίατο σήμα δεν ξεπερνά ακόμη τα τρία σίγμα.

Βλαντιμίρ Κορόλεφ