Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
В режиме аннигиляции пучки частиц и античастиц в точках соударения
сжимаются до размера меньше человеческого волоса. Частицы совершают в
камере 10 000 оборотов в секунду, но должны обращаться в камере
ускорителя часами.. . Количество полученных на LEP ^-частиц исчисляется
сейчас миллионами, а число ГК-бозонов - многими сотнями.
Сейчас интенсивно ведется подготовка к сооружению LHC - большого
коллайдера тяжелых частиц. Он будет располагаться в тоннеле LEP. Индукция
магнитного поля в его сверхпроводящих магнитах составит 8,3 Тл. LHC будет
получать протоны и антипротоны от SPS при энергии 450 ГэВ и ускорять их
до 7 ТэВ. Ток ускоренных частиц составит 0,56 А, а энергия, содержащаяся
в каждом из пучков, будет равна 350 МДж!
В заключение скажем несколько слов об экспериментальных установках,
работающих на ускорителях. Это многофункциональные измерительные
комплексы, включающие в свой состав магнитные трековые спектрометры,
детекторы 7-квантов и нейтральных адронов (п,^0,^0, . ..), огромные
дрейфовые камеры, черенковские и сцинтил-ляционные счетчики и многое
другое. В последнее время начали интенсивно изучаться процессы
взаимодействия нейтрино с веществом. В одной из таких установок на пути
нейтринного пучка установлена 700-тонная стальная мишень, прослоенная
детекторами. Результаты, полученные на экспериментальных установках,
сразу попадают на ЭВМ, что позволяет непосредственно следить за ходом
опытов и открывает доступ к результатам для широкого круга ученых.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На этом мы заканчиваем изложение основ нерелятивистской квантовой физики.
Вне рамок книги остались многие важные ее разделы, в том числе
исследование свойств зависящего от времени уравнения Шре-дингера (2.32) и
вопросов, которые им описываются. Мы имеем в виду расчет вероятности
различных процессов: электромагнитных переходов в электронных оболочках
атомов, отклонения заряженных частиц в ку-лоновском поле, рассеяния в
поле ядерных сил и т. д. Не обсуждались также экспериментальные и
теоретические исследования времен жизни возбужденных состояний частиц и
эффективных сечений при различного типа взаимодействиях, которые
представляют огромную важность и служат одним из основных источников
наших сведений о строении молекул, атомов и ядер.
Мы почти не обсуждали результатов релятивистской квантовой физики. Скажем
о ней несколько слов. Создание этой науки относится к 1928 году, когда
Поль Дирак предложил свое знаменитое релятивистки-инвариантное уравнение.
В это уравнение симметрично входят ^-функции частиц и античастиц в обеих
возможных спиновых состояниях - всего четыре величины. Волновая функция
Дирака представляет поэтому 4-компонентный вектор, а само уравнение носит
матричный характер. При создании теории о существовании позитронов ничего
не было известно, и их последующее экспериментальное обнаружение явилось
подлинным триумфом теории. (На самом деле события развивались менее
гладко. Дирак вначале думал, что его уравнение описывает одновременно не
электрон и позитрон, а электрон и протон. В то же время К. Андерсон,
открывший позитрон, по-видимому, ничего не знал о теории Дирака).
Сравнение теоретических и экспериментальных результатов надежно
подтверждает справедливость теории.
Следующий шаг в понимании электромагнитных явлений был сделан при
создании квантовой электродинамики - последовательной квантовой теории
электромагнитного поля. Наибольший вклад в создание этой науки внесли П.
Дирак, Ю.Швингер, Ф. Дайсон и Р. Фейнман. Квантовая электродинамика
сейчас прекрасно развита и служит образцом для построения других
физических теорий, о которых мы расскажем ниже. С помощью квантовой
электродинамики были рассчитаны многие электромагнитные явления, в
частности, было уточнено значение
Заключение
475
магнитного момента электрона. Измеренное на опыте значение, равное
(1,001159652209 ± 0,31 • 10~10)цв, находится в прекрасном согласии с
расчетным значением, которое было вычислено теоретически приблизительно с
той же точностью.
Скажем несколько слов о физике макроскопических квантовых систем.
Читатели уже познакомились с оптическими квантовыми генераторами и с
основными представлениями физики твердого тела. Оба этих раздела
современной физики исследуют свойства макроскопических систем, которые
могут быть поняты только с помощью квантовых представлений. Два других
важных явления остались вне рамок нашей книги. Мы имеем в виду
сверхтекучесть и сверхпроводимость. Как мы уже отмечали, оба эти явления
связаны с бозе-конденсацией. Такая конденсация возможна только у частиц,
подчиняющихся статистике Бозе-Эйнштейна, а значит обладающих целыми
значениями спина. Все частицы бозе-конденсата обладают одной и той же
волновой функцией, соответствующей нижнему, невозбужденному состоянию.
Сверхтекучесть гелия (при температурах ниже 2,17 К) была открыта П. JI.
Капицей в 1938 году. Первую теорию этого явления дал JI. Д. Ландау. В
соответствии с теорией было обнаружено, что сверхтекучестью обладает 4Не,
