Foton ialah zarah asas yang merupakan kuantum. Ahli fizik pertama kali melihat perlanggaran foton dengan foton

Foton ialah zarah asas, kuantum sinaran elektromagnet. Tenaga kuantum (iaitu, diskret), di manakah pemalar Planck. momentum.Jika anda mengaitkan foton dengan kehadiran yang dipanggil. Tiada "jisim relativistik" berdasarkan nisbah, maka ia akan Tiada jisim rehat foton. Kesan fotoelektrik ialah pelepasan elektron bahan di bawah tindakan cahaya (dan, secara amnya, sebarang sinaran elektromagnet).

hν = A keluar + E k

di mana A keluar- kononnya. fungsi kerja (tenaga minimum yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron daripada bahan), E k ialah tenaga kinetik bagi elektron yang dipancarkan (bergantung kepada halaju, sama ada tenaga kinetik zarah relativistik boleh dikira atau tidak), ν ialah kekerapan foton kejadian dengan tenaga hν, h ialah pemalar Planck.

Kesan fotoelektrik luaran (pelepasan fotoelektron) ialah pelepasan elektron oleh bahan di bawah tindakan sinaran elektromagnet. 1) Kelajuan awal maksimum fotoelektron tidak bergantung pada keamatan cahaya kejadian, tetapi hanya ditentukan oleh kekerapannya. 2) Terdapat kekerapan minimum di mana kesan fotoelektrik mungkin (sempadan merah) 3) Arus tepu bergantung kepada keamatan kejadian cahaya pada sampel 4) Kesan fotoelektrik ialah fenomena bukan inersia. Untuk menghentikan arus foto, voltan negatif (voltan potong) mesti digunakan pada anod. Kesan fotoelektrik dalaman - perubahan dalam kekonduksian elektronik bahan di bawah tindakan cahaya. Fotokonduktiviti adalah wujud dalam semikonduktor. Kekonduksian elektrik semikonduktor dihadkan oleh kekurangan pembawa cas. Apabila foton diserap, elektron berpindah dari jalur valens ke jalur konduksi. Akibatnya, sepasang pembawa cas terbentuk: elektron dalam jalur konduksi dan lubang dalam jalur valens. Kedua-dua pembawa cas, apabila voltan dikenakan pada semikonduktor, mencipta arus elektrik.

Apabila fotokonduktiviti diuja dalam semikonduktor intrinsik, tenaga foton mesti melebihi jurang jalur. Dalam semikonduktor dengan kekotoran, penyerapan foton boleh disertai dengan peralihan dari tahap yang terletak dalam celah jalur, yang memungkinkan untuk meningkatkan panjang gelombang cahaya yang menyebabkan fotokonduktiviti. Keadaan ini penting untuk pengesanan sinaran inframerah. Keadaan untuk fotokonduktiviti tinggi juga merupakan pekali penyerapan cahaya yang besar, yang direalisasikan dalam semikonduktor jurang langsung.

16. Tekanan ringan.

tekanan ringan ialah tekanan yang dihasilkan oleh gelombang cahaya elektromagnet yang jatuh pada permukaan jasad. Teori kuantum cahaya menerangkan tekanan cahaya sebagai hasil pemindahan momentum oleh foton kepada atom atau molekul jirim. Biarkan N foton jatuh pada permukaan jasad yang benar-benar hitam dengan kawasan S berserenjang dengannya setiap saat: . Setiap foton mempunyai momentum. Jumlah momentum yang diterima oleh permukaan badan adalah sama dengan. Tekanan ringan: .- pekali pantulan, - ketumpatan isipadu tenaga sinaran. teori klasik

17. Bremsstrahlung dan x-ray ciri.

Sinaran sinar-X - gelombang elektromagnet, tenaga foton yang terletak pada skala gelombang elektromagnet antara sinaran ultraviolet dan sinaran gamma, yang sepadan dengan panjang gelombang dari 10 −2 hingga 10 3 Å (dari 10 −12 hingga 10 −7 m). Perwakilan skematik tiub x-ray. X - X-ray, K - katod, A - anod (kadang-kadang dipanggil anticathode), C - sink haba, U h- voltan filamen katod, U a- voltan pecutan, W dalam - salur masuk penyejukan air, W keluar - salur keluar penyejuk air. Apabila tenaga elektron yang mengebom anod menjadi mencukupi untuk mengeluarkan elektron dari cangkerang dalam atom, garisan tajam muncul pada latar belakang bremsstrahlung ciri sinaran. Kekerapan garis ini bergantung pada sifat bahan anod, dan oleh itu ia dipanggil ciri.

Bremsstrahlung - sinaran elektromagnet yang dipancarkan oleh zarah bercas semasa penyerakannya (brek) dalam medan elektrik. dp/dλ hv tidak boleh lebih besar daripada tenaga eU. daripada undang-undang pemuliharaan tenaga Sumber sinaran sinar-X yang paling biasa ialah tiub sinar-X, di mana elektron dipercepatkan dengan kuat oleh medan elektrik mengebom anod (sasaran logam yang diperbuat daripada logam berat, seperti W atau Pt) , mengalami brek tajam di atasnya. Dalam kes ini, sinaran X-ray muncul, iaitu gelombang elektromagnet dengan panjang gelombang lebih kurang 10 -12 -10 -8 m. alam gelombang Sinaran sinar-X dibuktikan dengan eksperimen mengenai pembelauannya, dibincangkan dalam § 182.

Kajian komposisi spektrum sinar-X menunjukkan bahawa spektrumnya mempunyai struktur kompleks(Gamb. 306) dan bergantung kepada kedua-dua tenaga elektron dan pada bahan anod. Spektrum ialah superposisi spektrum berterusan, terhad dari sisi panjang gelombang pendek oleh beberapa sempadan  min, dipanggil sempadan spektrum selanjar, dan spektrum garis - satu set garis individu yang muncul pada latar belakang spektrum berterusan .

Kajian telah menunjukkan bahawa sifat spektrum berterusan tidak bergantung sama sekali pada bahan anod, tetapi hanya ditentukan oleh tenaga elektron yang mengebom anod. Kajian terperinci tentang sifat sinaran ini menunjukkan bahawa ia dipancarkan oleh elektron yang mengebom anod akibat nyahpecutannya semasa interaksi dengan atom sasaran. Oleh itu, spektrum sinar-X berterusan dipanggil spektrum bremsstrahlung. Kesimpulan ini adalah bersetuju dengan teori klasik sinaran, kerana nyahpecutan cas yang bergerak seharusnya menghasilkan sinaran dengan spektrum berterusan.

Walau bagaimanapun, kewujudan sempadan gelombang pendek spektrum berterusan tidak mengikut teori klasik. Ia berikutan daripada eksperimen bahawa semakin besar tenaga kinetik elektron yang menyebabkan bremsstrahlung sinar-X, semakin kecil  min . Keadaan ini, serta kehadiran sempadan itu sendiri, dijelaskan oleh teori kuantum. Jelas sekali, tenaga pengehad kuantum sepadan dengan kes nyahpecutan, di mana seluruh tenaga kinetik elektron ditukar kepada tenaga kuantum, i.e.

di mana U- beza keupayaan, kerana tenaga diberikan kepada elektron E maksimum,  max - kekerapan sepadan dengan sempadan spektrum berterusan. Oleh itu menghadkan panjang gelombang

Dalam tafsiran moden, hipotesis kuantum menyatakan bahawa tenaga E getaran atom atau molekul boleh sama dengan h v, 2 h v, 3 hν, dsb., tetapi tiada ayunan dengan tenaga antara dua gandaan integer berturut-turut bagi . Ini bermakna tenaga tidak berterusan, seperti yang dipercayai selama berabad-abad, tetapi terkuantisasi , iaitu hanya wujud dalam bahagian diskret yang ditakrifkan dengan ketat. Bahagian terkecil dipanggil kuantum tenaga . Hipotesis kuantum juga boleh dirumuskan sebagai pernyataan bahawa getaran pada tahap atom-molekul tidak berlaku dengan sebarang amplitud. Nilai yang sah amplitud berkaitan dengan frekuensi ayunan ν .

Pada tahun 1905, Einstein mengemukakan idea berani yang menyamaratakan hipotesis quanta dan meletakkannya sebagai asas. teori baru cahaya (teori kuantum kesan fotoelektrik). Mengikut teori Einstein , cahaya dengan kekerapanν Bukan sahaja dipancarkan, seperti yang dicadangkan oleh Planck, tetapi juga merambat dan diserap oleh jirim dalam bahagian berasingan (quanta), tenaga siapa. Oleh itu, perambatan cahaya harus dianggap bukan sebagai proses gelombang berterusan, tetapi sebagai aliran cahaya diskret kuanta setempat di ruang angkasa, bergerak pada kelajuan perambatan cahaya dalam vakum ( Dengan). Kuantum sinaran elektromagnet dipanggil foton .

Seperti yang telah kita katakan, pelepasan elektron dari permukaan logam di bawah tindakan kejadian sinaran di atasnya sepadan dengan konsep cahaya sebagai gelombang elektromagnet, kerana medan elektrik gelombang elektromagnet bertindak ke atas elektron dalam logam dan menarik keluar sebahagian daripadanya. Tetapi Einstein menarik perhatian kepada fakta bahawa butiran kesan fotoelektrik yang diramalkan oleh teori gelombang dan teori foton (kuantum corpuscular) cahaya berbeza dengan ketara.

Jadi, kita boleh mengukur tenaga elektron yang dipancarkan, berdasarkan teori gelombang dan foton. Untuk menjawab persoalan teori mana yang lebih baik, mari kita lihat beberapa butiran kesan fotoelektrik.

Mari kita mulakan dengan teori gelombang, dan andaikan itu plat diterangi dengan cahaya monokromatik. gelombang cahaya dicirikan oleh parameter berikut: intensiti dan kekerapan(atau panjang gelombang). Teori gelombang meramalkan bahawa apabila ciri-ciri ini berubah, fenomena berikut berlaku:

· dengan peningkatan keamatan cahaya, bilangan elektron yang dikeluarkan dan tenaga maksimumnya akan meningkat, kerana keamatan cahaya yang lebih tinggi bermakna amplitud yang lebih besar medan elektrik, dan medan elektrik yang lebih kuat menarik keluar elektron dengan lebih banyak tenaga;

elektron yang dikeluarkan; tenaga kinetik hanya bergantung kepada keamatan cahaya kejadian.

Agak berbeza diramalkan oleh teori foton (korpuskular). Pertama sekali, kita perhatikan bahawa dalam pancaran monokromatik semua foton mempunyai tenaga yang sama (sama dengan h v). Peningkatan dalam keamatan pancaran cahaya bermakna peningkatan dalam bilangan foton dalam pancaran, tetapi tidak menjejaskan tenaganya jika frekuensi kekal tidak berubah. Menurut teori Einstein, elektron dikeluarkan dari permukaan logam apabila satu foton berlanggar dengannya. Dalam kes ini, semua tenaga foton dipindahkan ke elektron, dan foton tidak lagi wujud. Kerana elektron ditahan dalam logam oleh daya tarikan, tenaga minimum diperlukan untuk mengetuk elektron dari permukaan logam A(yang dipanggil fungsi kerja dan, bagi kebanyakan logam, nilai tertib beberapa volt elektron). Jika frekuensi ν cahaya tuju adalah kecil, maka tenaga dan tenaga foton tidak mencukupi untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam. Jika , maka elektron terbang keluar dari permukaan logam, dan tenaga dalam proses ini dipelihara, i.e. tenaga foton ( hν) ialah tenaga kinetik daripada elektron yang dikeluarkan ditambah dengan kerja mengetuk elektron daripada logam:

(2.3.1)

Persamaan (2.3.1) dipanggil Persamaan Einstein untuk kesan fotoelektrik luaran.

Berdasarkan pertimbangan ini, teori cahaya foton (korpuskular) meramalkan perkara berikut.

1. Peningkatan dalam keamatan cahaya bermakna peningkatan dalam bilangan foton kejadian, yang mengeluarkan lebih banyak elektron daripada permukaan logam. Tetapi oleh kerana tenaga foton adalah sama, tenaga kinetik maksimum elektron tidak akan berubah ( disahkan saya undang-undang fotoelektrik).

2. Dengan peningkatan dalam kekerapan cahaya kejadian, tenaga kinetik maksimum elektron meningkat secara linear mengikut formula Einstein (2.3.1). ( Pengesahan II undang-undang kesan fotoelektrik). Graf pergantungan ini ditunjukkan dalam Rajah. 2.3.

,

nasi. 2.3

3. Jika frekuensi ν kurang kekerapan kritikal, maka elektron tidak tersingkir dari permukaan (III undang-undang).

Jadi, kita melihat bahawa ramalan teori korpuskular (foton) adalah sangat berbeza daripada ramalan teori gelombang, tetapi mereka bersetuju dengan baik dengan tiga eksperimen. undang-undang yang ditetapkan kesan fotoelektrik.

Persamaan Einstein telah disahkan oleh eksperimen Millikan yang dijalankan pada 1913–1914. Perbezaan utama daripada eksperimen Stoletov ialah permukaan logam telah dibersihkan dalam vakum. Kebergantungan tenaga kinetik maksimum pada kekerapan telah dikaji dan pemalar Planck ditentukan h.

Pada tahun 1926, ahli fizik Rusia P.I. Lukirsky dan S.S. Prilezhaev menggunakan kaedah kapasitor sfera vakum untuk mengkaji kesan fotoelektrik. Anod ialah dinding bersalut perak bagi bekas sfera kaca, dan katod adalah bola ( R≈ 1.5 cm) daripada logam yang disiasat diletakkan di tengah-tengah sfera. Bentuk elektrod ini memungkinkan untuk meningkatkan cerun CVC dan dengan itu menentukan voltan terencat dengan lebih tepat (dan, akibatnya, h). Nilai pemalar Planck h yang diperoleh daripada eksperimen ini bersetuju dengan nilai yang ditemui oleh kaedah lain (dengan sinaran badan hitam dan dengan sempadan panjang gelombang pendek spektrum sinar-x berterusan). Semua ini adalah bukti ketepatan persamaan Einstein, dan pada masa yang sama teori kuantumnya tentang kesan fotoelektrik.

Untuk penjelasan sinaran haba Planck mencadangkan bahawa cahaya dipancarkan dalam quanta. Einstein, apabila menerangkan kesan fotoelektrik, mencadangkan bahawa cahaya diserap oleh quanta. Einstein juga mencadangkan bahawa cahaya merambat dalam quanta, i.e. bahagian. Kuantum tenaga cahaya dipanggil foton . Itu. sekali lagi datang kepada konsep corpuscle (zarah).

Pengesahan paling langsung hipotesis Einstein datang daripada eksperimen Bothe, yang menggunakan kaedah kebetulan (Rajah 2.4).

nasi. 2.4

Kerajang logam nipis F diletakkan di antara dua kaunter pelepasan gas pertengahan. Kerajang itu diterangi dengan rasuk yang lemah x-ray, di bawah pengaruhnya dia sendiri menjadi sumber x-ray (fenomena ini dipanggil pendarfluor sinar-x). Oleh kerana keamatan rendah rasuk utama, bilangan kuanta yang dipancarkan oleh kerajang adalah kecil. Apabila quanta memukul kaunter, mekanisme itu berfungsi dan tanda dibuat pada pita kertas bergerak. Jika tenaga yang dipancarkan diagihkan secara seragam ke semua arah, seperti berikut dari perwakilan gelombang, kedua-dua pembilang sepatutnya berfungsi serentak dan tanda pada pita akan jatuh satu terhadap yang lain. Malah, terdapat susunan markah secara rawak. Ini hanya dapat dijelaskan oleh fakta bahawa dalam tindakan pelepasan berasingan, zarah cahaya timbul, terbang pertama ke satu arah, kemudian ke arah yang lain. Jadi kewujudan zarah cahaya khas - foton telah dibuktikan secara eksperimen.

Foton mempunyai tenaga . Untuk cahaya nampak, panjang gelombang λ = 0.5 µm dan tenaga E= 2.2 eV, untuk sinar-x λ = μm dan E= 0.5 eV.

Sebuah foton mempunyai jisim inersia , yang boleh didapati daripada hubungan:

;

(2.3.2)

Sebuah foton bergerak mengikut kelajuan cahaya c\u003d 3 10 8 m / s. Mari kita gantikan nilai kelajuan ini ke dalam ungkapan untuk jisim relativistik:

.

Foton ialah zarah yang tidak mempunyai jisim rehat. Ia hanya boleh wujud dengan bergerak pada kelajuan cahaya c .

Mari kita cari hubungan antara tenaga dan momentum foton.

Kita tahu ungkapan relativistik untuk momentum:

.

(2.3.3)

Dan untuk tenaga:

.

(2.3.4)

Foton ialah zarah tidak berjisim dan hanya boleh wujud dalam vakum. Ia juga tidak mempunyai sifat elektrik, iaitu, cajnya adalah sifar. Bergantung pada konteks, ada pelbagai tafsiran penerangan foton. Klasik (elektrodinamik) mewakilinya sebagai gelombang elektromagnet dengan polarisasi bulat. Foton juga mempamerkan sifat-sifat zarah. Idea ganda seperti itu dipanggil dualisme gelombang korpuskular. Sebaliknya, elektrodinamik kuantum menerangkan zarah foton sebagai boson pengukur yang membolehkan seseorang membentuk interaksi elektromagnet.

Di antara semua zarah Alam Semesta, foton mempunyai bilangan maksimum. Putar (sendiri momen mekanikal) foton sama dengan satu. Juga, foton hanya boleh berada dalam dua keadaan kuantum, satu daripadanya mempunyai unjuran putaran pada arah tertentu bersamaan dengan -1, dan satu lagi sama dengan +1. Sifat kuantum foton ini dicerminkan dalam perwakilan klasiknya sebagai transverseness gelombang elektromagnet. Jisim selebihnya bagi foton ialah sifar, yang membayangkan halaju perambatannya, sama dengan kelajuan Sveta.

Zarah foton tidak mempunyai sifat elektrik (cas) dan agak stabil, iaitu foton tidak dapat mereput secara spontan dalam vakum. Zarah ini dipancarkan dalam banyak proses fizikal, sebagai contoh, apabila cas elektrik bergerak dengan pecutan, serta tenaga melompat dalam nukleus atom atau atom itu sendiri dari satu keadaan ke keadaan yang lain. Foton juga boleh diserap dalam proses terbalik.

Dualiti gelombang-zarah foton

Dualiti zarah-gelombang yang wujud dalam foton memanifestasikan dirinya dalam pelbagai eksperimen fizikal. Zarah fotonik mengambil bahagian dalam proses gelombang seperti pembelauan dan gangguan, apabila dimensi halangan (slot, diafragma) adalah setanding dengan saiz zarah itu sendiri. Ini amat ketara dalam eksperimen dengan pembelauan foton tunggal dengan celah tunggal. Selain itu, titik dan sifat korpuskular foton ditunjukkan dalam proses penyerapan dan pelepasan oleh objek yang dimensinya jauh lebih kecil daripada panjang gelombang foton. Tetapi sebaliknya, perwakilan foton sebagai zarah juga tidak lengkap, kerana ia disangkal oleh eksperimen korelasi berdasarkan keadaan terjerat zarah asas. Oleh itu, adalah kebiasaan untuk menganggap zarah foton, termasuk sebagai gelombang.

Video-video yang berkaitan

Sumber:

• Foton 1099: semua tentang kereta

Utama kuantum nombor adalah keseluruhannya nombor, iaitu takrifan keadaan elektron pada aras tenaga. Tahap tenaga ialah satu set keadaan pegun elektron dalam atom dengan nilai tenaga yang hampir. Utama kuantum nombor menentukan jarak elektron dari nukleus, dan mencirikan tenaga elektron yang menduduki tahap ini.

Set nombor yang mencirikan keadaan dipanggil nombor kuantum. fungsi gelombang elektron dalam atom, keadaan uniknya ditentukan oleh empat nombor kuantum - utama, magnet, orbit dan limpa - momen gerakan asas, dinyatakan dalam nilai kuantitatif. Utama kuantum nombor mempunyai n.Jika kuantum utama nombor meningkat, maka kedua-dua orbit dan tenaga elektron meningkat dengan sewajarnya. Bagaimana kurang nilai n, topik lebih nilai interaksi tenaga elektron. Jika jumlah tenaga elektron adalah minima, maka keadaan atom dipanggil tidak teruja atau tanah. Keadaan atom dengan nilai tinggi tenaga dipanggil teruja. Pada peringkat tertinggi nombor elektron boleh ditentukan dengan formula N = 2n2. Apabila elektron berpindah dari satu tahap tenaga ke tahap tenaga yang lain, kuantum utama nombor.Dalam teori kuantum, penyataan bahawa tenaga elektron dikuantisasi, iaitu, ia boleh mengambil hanya diskret, nilai-nilai tertentu. Untuk mengetahui keadaan elektron dalam atom, perlu mengambil kira tenaga elektron, bentuk elektron dan parameter lain. Dari kawasan itu nombor asli, di mana n boleh sama dengan 1 dan 2, dan 3 dan seterusnya, kuantum utama nombor boleh mengambil apa-apa nilai. Dalam teori kuantum tahap tenaga dilambangkan dengan huruf, nilai n - dengan nombor. Bilangan tempoh di mana unsur itu terletak, adalah sama dengan nombor aras tenaga dalam atom dalam keadaan asasnya. Semua peringkat tenaga terdiri daripada subperingkat. Subperingkat terdiri daripada orbital atom, yang ditentukan, dicirikan oleh kuantum utama nombor m n, orbital nombor m l dan kuantum nombor m ml. Bilangan subperingkat bagi setiap peringkat tidak melebihi nilai n. Persamaan gelombang Schrödinger adalah yang paling mudah struktur elektronik atom.

Fizik kuantum telah menjadi pendorong besar untuk perkembangan sains pada abad ke-20. Percubaan untuk menerangkan interaksi zarah terkecil dengan cara yang sama sekali berbeza, menggunakan mekanik kuantum, apabila beberapa masalah mekanik klasik sudah kelihatan tidak dapat diselesaikan, membuat revolusi sebenar.

Sebab-sebab kemunculan fizik kuantum

Fizik - menerangkan undang-undang yang mana dunia berfungsi. Newtonian, atau klasik, muncul pada Zaman Pertengahan, dan prasyaratnya dapat dilihat pada zaman dahulu. Ia menerangkan dengan sempurna semua yang berlaku pada skala yang dirasakan oleh seseorang tanpa alat pengukur tambahan. Tetapi orang ramai menghadapi banyak percanggahan apabila mereka mula mengkaji mikro dan makrokosmos, untuk meneroka kedua-dua zarah terkecil yang membentuk jirim, dan galaksi gergasi yang mengelilingi asli kepada manusia Bima Sakti. Ternyata fizik klasik tidak sesuai untuk segala-galanya. Ini adalah bagaimana fizik kuantum muncul - sains, mekanikal kuantum dan sistem medan kuantum. Teknik untuk kajian fizik kuantum ialah mekanik kuantum dan teori kuantum padang. Ia juga digunakan dalam cabang fizik lain yang berkaitan.

Peruntukan utama fizik kuantum, berbanding dengan klasik

Bagi yang baru mengenali fizik kuantum, peruntukannya selalunya kelihatan tidak logik malah tidak masuk akal. Walau bagaimanapun, menyelidiki lebih mendalam ke dalamnya, sudah lebih mudah untuk mengesan logiknya. Cara paling mudah untuk mempelajari prinsip asas fizik kuantum ialah dengan membandingkannya dengan fizik klasik.

Jika dalam klasik ia dipercayai bahawa alam semula jadi tidak berubah, tidak kira bagaimana saintis menggambarkannya, maka dalam fizik kuantum hasil pemerhatian akan sangat bergantung kepada kaedah pengukuran yang digunakan.

Menurut undang-undang mekanik Newton, yang merupakan asas fizik klasik, zarah (atau titik material) mempunyai kedudukan dan kelajuan tertentu pada bila-bila masa. DALAM mekanik kuantum ini adalah salah. Ia berdasarkan prinsip superposisi jarak. Iaitu, jika zarah kuantum boleh berada dalam satu dan satu lagi keadaan, maka ia juga boleh berada dalam keadaan ketiga - jumlah dua yang sebelumnya (ini dipanggil gabungan linear). Oleh itu, adalah mustahil untuk menentukan dengan tepat di mana zarah itu akan berada pada masa tertentu. Seseorang hanya boleh mengira kebarangkalian dia berada di mana-mana sahaja.

Jika dalam fizik klasik anda boleh membina trajektori badan fizikal, kemudian dalam kuantum - hanya taburan kebarangkalian, yang akan berubah mengikut masa. Dalam kes ini, maksimum pengedaran sentiasa terletak di mana ia ditentukan oleh mekanik klasik! Ini sangat penting, kerana ia membolehkan, pertama, untuk mengesan hubungan antara klasik dan mekanik kuantum, dan kedua, ia menunjukkan bahawa mereka tidak bercanggah antara satu sama lain. Kita boleh mengatakan bahawa fizik klasik adalah kes khas kuantum.

Kebarangkalian dalam fizik klasik muncul apabila beberapa sifat sesuatu objek tidak diketahui oleh penyelidik. Dalam fizik kuantum, kebarangkalian adalah asas dan sentiasa ada, tanpa mengira tahap kejahilan.

Dalam mekanik klasik, sebarang nilai tenaga dan halaju untuk zarah dibenarkan, manakala dalam mekanik kuantum hanya nilai tertentu, "dikuantisasi", dibenarkan. Mereka dipanggil nilai eigen, yang setiap satunya sepadan negeri sendiri. Kuantum ialah "bahagian" beberapa kuantiti yang tidak boleh dibahagikan kepada komponen.

Salah satu prinsip asas fizik kuantum ialah Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Ia adalah mengenai hakikat bahawa tidak mungkin untuk mengetahui kedua-dua kelajuan dan kedudukan zarah secara serentak. Hanya satu perkara yang boleh diukur. Selain itu, lebih baik peranti mengukur kelajuan zarah, semakin kurang ia akan mengetahui kedudukannya, dan sebaliknya.

Hakikatnya ialah untuk mengukur zarah, anda perlu "melihatnya", iaitu, menghantar zarah cahaya ke arahnya - foton. Foton ini, yang penyelidik mengetahui segala-galanya, akan berlanggar dengan zarah yang diukur dan mengubah dirinya dan sifatnya. Ini adalah lebih kurang sama seperti mengukur kelajuan kereta yang sedang bergerak, menghantar kereta lain ke arahnya dengan kelajuan yang diketahui, dan kemudian, menggunakan kelajuan dan trajektori yang diubah bagi kereta kedua, periksa yang pertama. Dalam fizik kuantum, objek dikaji sangat kecil sehinggakan foton - zarah cahaya - mengubah sifatnya.

Cahaya dan haba, rasa dan bau, warna dan maklumat - semua ini berkait rapat dengan foton. Lebih-lebih lagi, kehidupan tumbuhan, haiwan dan manusia adalah mustahil tanpa zarah yang menakjubkan ini.

Adalah dipercayai bahawa terdapat kira-kira 20 bilion foton di alam semesta untuk setiap proton atau neutron. Ini adalah jumlah yang sangat besar.

Tetapi apa yang kita tahu tentang zarah yang paling biasa ini di dunia di sekeliling kita?

Sesetengah saintis percaya bahawa kelajuan foton adalah sama dengan kelajuan cahaya dalam vakum, i.e. kira-kira 300,000 km/s dan ini adalah kelajuan maksimum yang mungkin di alam semesta.

Para saintis lain percaya bahawa terdapat cukup contoh di alam semesta di mana kelajuan zarah lebih tinggi daripada kelajuan cahaya.

Sesetengah saintis percaya bahawa foton adalah neutral elektrik.

Lain-lain - percaya bahawa foton mempunyai cas elektrik(mengikut beberapa laporan, kurang daripada 10 -22 eV / saat 2).

Sesetengah saintis percaya bahawa foton adalah zarah tidak berjisim dan pada pendapat mereka jisim foton dalam keadaan diam adalah sifar.

Yang lain percaya bahawa foton mempunyai jisim. Memang sangat-sangat kecil. Sebilangan penyelidik mematuhi sudut pandangan ini, mentakrifkan jisim foton dengan cara yang berbeza: kurang daripada 6 x 10 -16 eV, 7 x 10 -17 eV, 1 x 10 -22 eV dan juga 3 x 10 -27 eV, iaitu berbilion kali lebih kecil daripada jisim elektron.

Sesetengah saintis percaya bahawa, mengikut undang-undang pantulan dan pembiasan cahaya, foton ialah zarah, i.e. corpuscle. (Euclid, Lucretius, Ptolemy, I. Newton, P. Gassendi)

Lain-lain (R. Descartes, R. Hooke, H. Huygens, T. Jung dan O. Fresnel), bergantung pada fenomena pembelauan dan gangguan cahaya, percaya bahawa foton mempunyai sifat gelombang.

Dengan pelepasan atau penyerapan nukleus atom dan elektron, dan dalam kesan fotoelektrik, foton berkelakuan seperti zarah.

Dan apabila melalui prisma kaca atau lubang kecil dalam penghalang, foton menunjukkan sifat gelombang terangnya.

Penyelesaian kompromi saintis Perancis Louis de Broglie, yang berdasarkan dualiti gelombang-zarah, menyatakan bahawa foton mempunyai kedua-dua sifat zarah dan sifat gelombang, bukanlah jawapan kepada soalan ini. Dualiti gelombang-zarah hanyalah sementara perjanjian berdasarkan ketidakupayaan mutlak saintis untuk menjawab soalan yang sangat penting ini.

Sudah tentu, perjanjian ini agak menenangkan keadaan, tetapi tidak menyelesaikan masalah.

Berdasarkan ini, kita boleh merumuskan soalan pertama dikaitkan dengan foton

Soalan satu.

Adakah foton gelombang atau zarah? Atau mungkin kedua-duanya, atau tidak kedua-duanya?

Selanjutnya. DALAM fizik moden foton ialah zarah asas, yang merupakan kuantum (bahagian) sinaran elektromagnet. Cahaya juga merupakan sinaran elektromagnet dan foton dianggap sebagai pembawa cahaya. Dalam fikiran kita, ini sudah mantap dan foton, pertama sekali, dikaitkan dengan cahaya.

Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada cahaya, terdapat jenis sinaran elektromagnet lain: sinaran gamma, sinar-X, ultraviolet, boleh dilihat, inframerah, gelombang mikro dan sinaran radio. Mereka berbeza antara satu sama lain dalam panjang gelombang, kekerapan, tenaga dan mempunyai ciri-ciri mereka sendiri.

Jenis sinaran dan ciri ringkasnya

Pembawa semua jenis sinaran elektromagnet ialah foton. Dia, menurut saintis, adalah sama untuk semua orang. Pada masa yang sama, setiap jenis sinaran dicirikan oleh panjang gelombang yang berbeza, frekuensi ayunan dan tenaga foton yang berbeza. Jadi, foton yang berbeza? Ia akan kelihatan bahawa bilangan jenis yang berbeza gelombang elektromagnet mesti sepadan dengan bilangan yang sama pelbagai jenis foton. Tetapi hanya terdapat satu foton dalam fizik moden setakat ini.

Ternyata paradoks saintifik - sinaran berbeza, sifatnya juga berbeza, dan foton yang membawa sinaran ini adalah satu.

Sebagai contoh, sinaran gamma dan sinar-X mengatasi halangan, manakala sinaran ultraungu dan inframerah dan cahaya kelihatan, yang mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang tetapi kurang tenaga, tidak. Pada masa yang sama, sinaran gelombang mikro dan radio mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang dan tenaga yang lebih rendah, tetapi mengatasi tiang air dan dinding konkrit. kenapa?

Kebolehan menembusi foton pada pelbagai sinaran

Dua soalan segera timbul di sini.

Soalan dua.

Adakah semua foton sama dalam semua jenis sinaran?

Soalan tiga.

Mengapakah foton beberapa jenis sinaran mengatasi halangan, manakala jenis sinaran lain tidak? Apakah masalahnya - dalam sinaran atau dalam foton?

Terdapat pendapat bahawa foton adalah zarah tanpa struktur terkecil di Alam Semesta. Sains masih belum dapat menentukan apa-apa yang lebih kecil daripada foton. Tetapi adakah ia? Lagipun, pada satu masa atom dianggap tidak dapat dibahagikan dan terkecil di dunia di sekeliling kita. Oleh itu, soalan keempat adalah logik:

Soalan empat.

Adakah foton zarah terkecil dan tidak berstruktur atau adakah ia terdiri daripada formasi yang lebih kecil?

Di samping itu, dipercayai bahawa jisim selebihnya foton adalah sama dengan sifar, dan kedua-dua jisim dan tenaga ditunjukkan dalam gerakannya. Tetapi kemudian ada

soalan lima:

foton - adakah ia zarah bahan atau tidak? Jika foton adalah bahan, maka ke manakah jisimnya hilang semasa diam? Jika ia bukan material, maka mengapa interaksi material sepenuhnya dengan dunia di sekeliling kita tetap?

Jadi, kami mempunyai lima soalan yang membingungkan berkaitan dengan foton. Dan mereka sehingga kini tidak mempunyai jawapan yang jelas. Setiap daripada mereka mempunyai masalah sendiri. Masalah yang akan kita cuba pertimbangkan hari ini.

Dalam pengembaraan kami "The Breath of the Universe", "The Depths of the Universe" dan "The Forces of the Universe", kami mempertimbangkan semua isu ini melalui prisma struktur dan fungsi Alam Semesta. Kami telah mengesan keseluruhan laluan pembentukan foton daripada kemunculan zarah asas - beku vorteks halus kepada galaksi dan kelompoknya. Saya berani berharap bahawa kita mempunyai gambaran dunia yang cukup logik dan tersusun secara sistematik. Oleh itu, andaian tentang struktur foton telah menjadi langkah logik dalam sistem pengetahuan tentang Alam Semesta kita.

Struktur foton

Foton muncul di hadapan kita bukan sebagai zarah dan bukan sebagai gelombang, tetapi sebagai mata air berbentuk kon berputar, dengan permulaan yang mengembang dan hujung yang tirus..

Reka bentuk musim bunga foton membolehkan menjawab hampir semua soalan yang timbul dalam kajian fenomena semula jadi dan keputusan eksperimen.

Kami telah menyebut bahawa foton adalah pembawa pelbagai jenis sinaran elektromagnet. Walau bagaimanapun, walaupun fakta bahawa sains tahu jenis lain sinaran elektromagnet: sinaran gamma, sinar-x, ultraungu, boleh dilihat, inframerah, sinaran gelombang mikro dan sinaran radio, foton pembawa yang terlibat dalam proses ini tidak mempunyai jenisnya sendiri. Iaitu, menurut beberapa orang saintis mana-mana jenis sinaran dibawa oleh jenis foton universal tertentu, yang sama-sama berjaya memanifestasikan dirinya dalam proses sinaran gamma, dan dalam proses pelepasan radio, dan dalam mana-mana jenis sinaran lain.

Saya tidak boleh bersetuju dengan pendirian ini kerana fenomena semulajadi menunjukkan bahawa semua sinaran elektromagnet yang diketahui berbeza dengan ketara antara satu sama lain bukan sahaja dalam parameter (panjang gelombang, kekerapan, keupayaan tenaga), tetapi juga dalam sifatnya. Sebagai contoh, sinaran gamma mudah menembusi sebarang halangan, dan sinaran yang boleh dilihat juga mudah dihentikan oleh halangan ini.

Oleh itu, dalam satu kes, foton boleh membawa sinaran melalui halangan, dan dalam satu lagi, foton yang sama sudah tidak berdaya untuk mengatasi apa-apa. Fakta ini membuatkan kita tertanya-tanya sama ada foton benar-benar sejagat atau sama ada ia mempunyai varietinya sendiri, selaras dengan sifat pelbagai radiasi elektromagnetik di Alam Semesta.

saya agak betul, tentukan setiap jenis sinaran jenisnya foton. Malangnya, penggredan sedemikian masih ada sains moden tidak tersedia. Tetapi ini bukan sahaja mudah, tetapi juga perlu diperbaiki dengan segera. Dan ini agak difahami, kerana radiasi dan parameternya berubah, dan foton dalam tafsiran moden hanya diwakili oleh satu konsep umum - "foton". Walaupun, mesti diakui bahawa dengan perubahan dalam parameter sinaran dalam kesusasteraan rujukan, parameter foton juga berubah.

Keadaannya serupa dengan aplikasi konsep umum"kereta" kepada semua jenamanya. Tetapi jenama ini berbeza. Kita boleh beli Lada, Mercedes, Volvo atau Toyota. Kesemuanya sesuai dengan konsep "kereta", tetapi semuanya berbeza dari segi penampilan dan dalam spesifikasi teknikal, dan kos.

Oleh itu, adalah logik jika kita mencadangkan foton sinaran gamma sebagai pembawa sinaran gamma, sinaran x-ray- foton sinar-X, radiasi ultra ungu- foton sinaran ultraungu, dsb. Semua jenis foton ini akan berbeza antara satu sama lain dalam panjang lilitan (panjang gelombang), kelajuan putaran (frekuensi ayunan) dan tenaga yang dibawa.

Foton sinaran gamma dan sinaran X-ray mewakili spring termampat dengan dimensi minimum dan dengan tenaga tertumpu dalam isipadu kecil ini. Oleh itu, mereka mempamerkan sifat zarah dan mudah mengatasi halangan, bergerak antara molekul dan atom bahan.

Foton sinaran ultraungu, cahaya nampak dan foton sinaran inframerah- ini adalah musim bunga yang sama, hanya diregangkan. Tenaga dalam foton ini kekal sama, tetapi ia diedarkan ke atas badan foton yang lebih memanjang. Menambahkan panjang foton membolehkan ia mempamerkan sifat-sifat gelombang. Walau bagaimanapun, peningkatan dalam diameter foton tidak membenarkan ia menembusi antara molekul jirim.

Foton pelepasan gelombang mikro dan radio mempunyai reka bentuk yang lebih renggang. Panjang gelombang radio boleh mencapai beberapa ribu kilometer, tetapi ia mempunyai tenaga terkecil. Mereka mudah menembusi halangan, seolah-olah berpusing ke dalam bahan halangan, memintas molekul dan atom bahan.

Di alam semesta, semua jenis foton ditukar secara beransur-ansur daripada foton sinar gamma. Foton sinaran gamma adalah utama. Apabila bergerak di angkasa, kelajuan putarannya berkurangan dan ia ditukar berturut-turut menjadi foton sinaran X-ray, dan seterusnya, menjadi foton sinaran ultraungu, yang ditukar menjadi foton cahaya nampak, dsb.

Oleh itu, foton sinar gamma ditukar kepada foton sinar-X. Foton ini akan mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang dan frekuensi putaran yang lebih rendah. Kemudian, foton sinar-X ditukar kepada foton ultraviolet, dan ia ditukar kepada cahaya boleh dilihat, dan sebagainya.

Paling contoh utama kita boleh memerhatikan transformasi ini dalam dinamik semasa letupan nuklear.

Letupan nuklear dan zon kesan merosakkannya

Sedang berlangsung letupan nuklear dalam beberapa saat, satu aliran foton sinaran gamma menembusi ke dalam persekitaran pada jarak lebih kurang 3 km. Selanjutnya, sinaran gamma berhenti, tetapi sinaran X-ray tetap. Saya percaya bahawa dalam kes ini, foton sinaran gamma ditukar kepada foton sinaran X-ray, dan ia, berturut-turut, menjadi foton sinaran ultraungu, boleh dilihat dan inframerah. Fluks foton, masing-masing, menyebabkan kejadian faktor yang merosakkan letupan nuklear - sinaran menembusi, sinaran cahaya dan kebakaran.

Dalam karya "The Depths of the Universe", kami mengkaji secara terperinci struktur foton dan proses pembentukan dan fungsinya. Ia menjadi jelas kepada kami bahawa foton terdiri daripada pecahan tenaga anulus diameter berbeza yang disambungkan antara satu sama lain.

Struktur foton

Pecahan terbentuk daripada zarah asas - gumpalan vorteks halus terkecil, yang padat halus awn. Ketumpatan halus ini agak material, sama seperti eter dan seluruh dunia di sekeliling kita adalah material. Ketumpatan eter menentukan penunjuk jisim bekuan pusaran halus. Jisim tandan ialah jisim pecahan, dan ia adalah jisim foton. DAN sama ada dalam keadaan bergerak atau dalam keadaan rehat. Oleh itu, foton adalah sepenuhnya bahan dan mempunyai definisi tersendiri jisim kedua-dua semasa diam dan dalam pergerakan.

Kami telah menerima pengesahan langsung mengenai idea kami tentang struktur foton dan komposisinya semasa menjalankan eksperimen. Saya berharap dalam masa terdekat kami akan menyiarkan semua keputusan yang diperolehi. Selain itu, keputusan yang sama diperolehi di makmal asing. Jadi, ada sebab untuk mempercayai bahawa kita berada di landasan yang betul.

Jadi, kami telah menjawab beberapa soalan mengenai foton.

Foton, dalam pemahaman kami, bukanlah zarah atau gelombang, tetapi spring, yang masuk pelbagai syarat boleh dimampatkan kepada saiz zarah, dan juga boleh diregangkan, menunjukkan sifat-sifat gelombang.

Foton mempunyai kepelbagaian sendiri bergantung kepada jenis sinaran dan boleh menjadi foton sinaran gamma, foton sinar-X, ultraungu, boleh dilihat, foton sinaran inframerah dan gelombang mikro, serta foton pancaran radio.

Foton adalah bahan dan mempunyai jisim. Dia bukan zarah terkecil di Alam Semesta, tetapi terdiri daripada bekuan pusaran halus dan pecahan tenaga.

Saya faham bahawa ini adalah tafsiran foton yang agak tidak dijangka dan luar biasa. Walau bagaimanapun, saya tidak meneruskan daripada peraturan dan postulat yang diterima umum yang diterima pakai bertahun-tahun yang lalu tanpa kaitan dengan proses perkembangan umum kedamaian. Dan dari logik yang datang dari undang-undang dunia, yang merupakan kunci kepada pintu menuju Kebenaran.

Namun, pada tahun 2013 Hadiah Nobel menurut ahli fizik Peter Higgs dan Francois Engler, yang pada tahun 1964 secara bebas mencadangkan kewujudan zarah lain dalam alam semula jadi - boson neutral, yang dengan tangan ringan Pemenang Nobel L. Lederman dipanggil "sebutir zarah Tuhan", iaitu, prinsip asas itu, bata pertama dari mana keseluruhan kita dunia. Pada 2012, semasa menjalankan eksperimen ke atas rasuk proton yang berlanggar pada kelajuan tinggi, dua lagi bebas komuniti saintifik Sekali lagi, pengesanan zarah diumumkan hampir serentak, parameter yang bertepatan antara satu sama lain dan sepadan dengan nilai yang diramalkan oleh P. Higgs dan F. Engler.

Boson neutral yang didaftarkan semasa eksperimen berfungsi sebagai zarah sedemikian, yang hayatnya tidak lebih daripada 1.56 x 10 -22 saat, dan jisimnya lebih daripada 100 kali jisim proton. Zarah ini dikreditkan dengan keupayaan untuk memberikan jisim kepada semua bahan yang wujud di dunia ini - daripada atom kepada gugusan galaksi. Lebih-lebih lagi, diandaikan bahawa zarah ini adalah bukti langsung kehadiran beberapa medan hipotesis, yang melaluinya semua zarah memperoleh berat. Ini adalah penemuan ajaib.

Walau bagaimanapun, euforia umum daripada penemuan ini tidak bertahan lama. Kerana ada soalan yang tidak boleh tidak muncul. Sesungguhnya, jika boson Higgs benar-benar "zarah Tuhan", maka mengapa "hidup"nya begitu sekejap? Pemahaman tentang Tuhan selalu dikaitkan dengan kekekalan. Tetapi jika Tuhan adalah kekal, maka mana-mana bahagian dari-Nya juga mesti kekal. Ia akan menjadi logik dan boleh difahami. Tetapi "kehidupan" boson daripada pecahan sesaat dengan dua puluh dua sifar selepas titik perpuluhan tidak benar-benar sesuai dengan keabadian. Sukar untuk memanggilnya seketika.

Lebih-lebih lagi, jika kita bercakap tentang "zarah Tuhan", maka adalah perlu untuk memahami dengan jelas bahawa ia mestilah dalam segala-galanya yang mengelilingi kita dan mewakili entiti isipadu yang bebas, berumur panjang dan berkemungkinan minimum yang membentuk semua zarah yang diketahui. dunia kita.

Dari zarah ketuhanan ini, langkah demi langkah, dunia kita perlu dibina. Zarah harus terdiri daripada mereka, atom harus terdiri daripada zarah, dan seterusnya sehingga bintang, galaksi dan Alam Semesta. Semua medan yang diketahui dan tidak diketahui juga mesti dikaitkan dengan zarah ajaib ini dan menghantar bukan sahaja jisim, tetapi juga sebarang interaksi lain. Saya rasa ini logik dan tidak bercanggah akal. Kerana sejak kita mengaitkan zarah ini dengan permulaan ilahi, maka mereka juga mesti mempunyai tindak balas yang mencukupi terhadap jangkaan kita.

Walau bagaimanapun, kita telah melihat bahawa jisim boson Higgs jauh melebihi jisim proton. Tetapi bagaimana yang kecil boleh dibina daripada yang besar? Bagaimana untuk memasukkan gajah ke dalam lubang tikus?! tak boleh.

Keseluruhan topik ini, sejujurnya, tidak begitu telus dan wajar. Walaupun, mungkin saya tidak begitu memahami sesuatu kerana kekurangan kecekapan saya, namun, boson Higgs, dalam keyakinan saya yang mendalam, tidak benar-benar sesuai di bawah "zarah Tuhan".

Foton adalah perkara lain. Zarah yang indah ini mengubah sepenuhnya kehidupan manusia di planet ini.

Terima kasih kepada foton pelbagai sinaran, kita melihat dunia di sekeliling kita, nikmati cahaya matahari dan kemesraan, kami mendengar muzik dan menonton berita televisyen, kami mendiagnosis dan merawat, kami menyemak dan mencacatkan logam, kami melihat ke angkasa dan menembusi kedalaman jirim, kami berkomunikasi antara satu sama lain dari jauh melalui telefon ... Kehidupan tanpa foton tidak dapat difikirkan. Mereka bukan hanya sebahagian daripada hidup kita. Mereka adalah kehidupan kita.

Foton, sebenarnya, adalah alat komunikasi utama antara Manusia dan dunia di sekelilingnya. Hanya mereka yang membenarkan kita terjun ke dunia di sekeliling kita dan, dengan bantuan penglihatan, bau, sentuhan dan rasa, memahaminya dan mengagumi keindahan dan warna-warninya. Semua ini, terima kasih kepada mereka - foton.

Dan seterusnya. Ini mungkin perkara utama. Hanya foton yang membawa cahaya! Dan menurut semua kanun agama, Tuhan melahirkan cahaya ini. Lebih-lebih lagi, Tuhan - dan ada cahaya!

Nah, bagaimana kita boleh melepasi godaan di sini dan tidak menamakan foton itu "zarah Tuhan" sebenar! Foton dan hanya foton boleh menuntutnya pangkat tertinggi! Foton adalah cahaya! Foton hangat! Foton adalah semua rusuhan warna dunia! Foton adalah bau wangi dan rasa halus! Tiada kehidupan tanpa foton! Dan jika ia berlaku, maka siapa yang memerlukan kehidupan sedemikian. Tanpa cahaya dan haba, tanpa rasa dan bau. Tiada siapa.

Oleh itu, jika kita bercakap tentang zarah Tuhan, kita hanya perlu bercakap tentang foton- tentang hadiah menakjubkan yang diberikan kepada kami Kuasa Tinggi. Tetapi walaupun begitu, hanya secara kiasan. Kerana Tuhan tidak boleh mempunyai zarah. Tuhan adalah satu dan utuh dan tidak boleh dibahagikan kepada mana-mana zarah.

Gambar rajah Feynman untuk penyerakan foton-foton. Foton sendiri tidak boleh berinteraksi antara satu sama lain, kerana ia adalah zarah neutral. Oleh itu, salah satu foton bertukar menjadi pasangan zarah-antizarah, yang mana foton lain berinteraksi.

Ahli fizik daripada kerjasama ATLAS buat pertama kalinya mencatatkan kesan penyebaran kuanta cahaya, foton, pada foton. Kesan ini adalah salah satu ramalan elektrodinamik kuantum tertua, ia telah diterangkan secara teori lebih daripada 70 tahun yang lalu, tetapi belum lagi diperhatikan secara eksperimen. Menariknya, ia melanggar persamaan Maxwell klasik, sebagai fenomena kuantum semata-mata. Kajian itu diterbitkan minggu ini dalam jurnal Fizik Alam Semula Jadi, bagaimanapun, pracetak artikel itu keluar seawal Februari 2017. Butiran mengenainya dilaporkan oleh portal Elements.ru.

Salah satu sifat utama elektrodinamik Maxwellian klasik ialah prinsip superposisi untuk medan elektromagnet dalam vakum. Ia membolehkan anda menambah medan secara langsung daripada caj yang berbeza. Oleh kerana foton adalah pengujaan medan, mereka tidak boleh berinteraksi antara satu sama lain dalam rangka kerja elektrodinamik klasik. Sebaliknya, mereka harus bebas melalui satu sama lain.

Magnet pengesan ATLAS

Elektrodinamik kuantum memanjangkan tindakan teori klasik kepada pergerakan zarah bercas dengan kelajuan hampir cahaya, di samping itu, ia mengambil kira pengkuantitian tenaga medan. Disebabkan ini, dalam elektrodinamik kuantum adalah mungkin untuk dijelaskan fenomena luar biasa dikaitkan dengan proses tenaga tinggi - contohnya, penciptaan pasangan elektron dan positron daripada vakum dalam medan berintensiti tinggi.

Dalam elektrodinamik kuantum, dua foton boleh berlanggar antara satu sama lain dan berselerak. Tetapi proses ini tidak berjalan secara langsung - quanta ringan tidak dicas dan tidak boleh berinteraksi antara satu sama lain. Sebaliknya, terdapat pembentukan perantaraan pasangan zarah-antizarah maya (elektron-positron) daripada satu foton, yang mana foton kedua berinteraksi. Proses sedemikian sangat tidak mungkin untuk kuanta cahaya kelihatan. Ini boleh dianggarkan daripada fakta bahawa cahaya dari quasar 10 bilion tahun cahaya jauhnya sampai ke Bumi. Tetapi dengan peningkatan tenaga foton, kebarangkalian proses dengan kelahiran elektron maya meningkat.

Sehingga kini, keamatan dan tenaga walaupun laser yang paling berkuasa tidak mencukupi untuk melihat penyebaran foton secara langsung. Walau bagaimanapun, penyelidik telah menemui cara untuk melihat proses ini secara tidak langsung, sebagai contoh, dalam pereputan satu foton menjadi sepasang foton tenaga rendah berhampiran nukleus berat atom.

Adalah mungkin untuk melihat secara langsung penyebaran foton oleh foton hanya dalam Large Hadron Collider. Proses itu dapat dilihat dalam eksperimen selepas meningkatkan tenaga zarah dalam pemecut pada tahun 2015 - dengan pelancaran Run 2. Ahli fizik kerjasama ATLAS menyiasat proses perlanggaran "ultraperiferal" antara nukleus plumbum berat yang dipercepatkan oleh pelanggar kepada tenaga sebanyak 5 teraelektronvolt setiap nukleus nukleon. Dalam perlanggaran sedemikian, nukleus itu sendiri tidak berlanggar secara langsung antara satu sama lain. Sebaliknya, medan elektromagnet mereka berinteraksi, di mana foton tenaga yang sangat besar timbul (ini disebabkan oleh kedekatan kelajuan nukleus dengan kelajuan cahaya).

Acara penyebaran foton-foton (rasuk kuning)

Perlanggaran ultra-periferi dibezakan oleh ketulenan yang hebat. Di dalamnya, dalam kes penyerakan yang berjaya, hanya sepasang foton dengan arah yang diarahkan masuk sisi yang berbeza impuls melintang. Sebaliknya, perlanggaran biasa nukleus membentuk beribu-ribu zarah serpihan baru. Antara empat bilion peristiwa yang dikumpul oleh ATLAS pada 2015, saintis dapat memilih 13 yang sepadan dengan serakan menggunakan statistik perlanggaran nukleus plumbum. Ini adalah kira-kira 4.5 kali lebih banyak daripada isyarat latar belakang yang dijangka dilihat oleh ahli fizik.

Skim proses hamburan dalam collider. Dua teras terbang dekat - mereka medan elektromagnet berinteraksi

Kerjasama ATLAS

Kerjasama itu akan terus meneroka proses pada penghujung tahun 2018, apabila pelanggar sekali lagi akan menjalani sesi perlanggaran nukleus berat. Menariknya, pengesan ATLAS yang ternyata sesuai untuk carian kejadian yang jarang berlaku penyerakan foton oleh foton, walaupun satu lagi eksperimen, ALICE, dibangunkan khas untuk analisis perlanggaran nukleus berat.

Kini di Large Hadron Collider satu set statistik perlanggaran proton-proton. Baru-baru ini, saintis mengenai penemuan baryon berganda berganda pertama pada pemecut, dan kembali pada musim bunga fizik kerjasama ATLAS mengenai lebihan luar biasa peristiwa pengeluaran dua boson interaksi lemah di rantau tenaga tinggi (kira-kira tiga teraelektronvolt) . Walau bagaimanapun, ia mungkin menunjukkan zarah superberat baharu kepentingan statistik isyarat tidak melebihi tiga sigma.

Vladimir Korolev