Masslösa partiklar
Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från
versionen som granskades den 19 juli 2019; kontroller kräver
14 redigeringar .
Masslösa partiklar ( luxoner [1] ) är partiklar vars massa är noll. Rör sig alltid med ljusets hastighet. Kan ändra sin rörelseriktning , energi och momentum (till exempel en foton i ett gravitationsfält). De har ingen analog i icke-relativistisk mekanik. [2]
Egenskaper
Alla masslösa partiklar kan bara röra sig med ljusets hastighet . Detta följer av det faktum att, enligt relativitetsteorin, för energi och rörelsemängd bestäms hastigheten för en partikel genom dess rörelsemängd , massa och ljushastighet av förhållandet , där är partikelns energi. I fallet med en masslös partikel , då och , från ekvationen får vi . [2] En sådan partikel kan inte vara i vila: den kan födas (utstrålas), röra sig med ljusets hastighet och sedan förstöras (absorberas).
Varje partikel som rör sig med ljusets hastighet kan bara vara masslös. Detta följer av formeln . I fallet får vi och från ekvationen får vi . [2]
Masslösa partiklar beskrivs av irreducerbara representationer av Poincare-gruppen . Det följer att de inte kan vara i ett nollenergitillstånd. [3] Det följer också av detta att värdena för spinn av masslösa partiklar endast kan vara heltal eller halvheltal. [fyra]
Termen "masslös" återspeglar inte exakt naturen hos en sådan partikel. Enligt principen om ekvivalens mellan massa och energi överför en masslös partikel med energi sin ekvivalenta massa , vilket inte är relaterat till dess nollvilamassa. Massan av ett fysiskt system som avger en masslös partikel vid emissionsögonblicket minskar med värdet , och massan av det fysiska systemet som har absorberat den masslösa partikeln ökar med värdet vid absorptionsögonblicket . På grund av principen om likvärdighet mellan tröghets- och gravitationsmassa deltar alla masslösa partiklar i gravitationsinteraktionen [5] . Experimentellt observerade manifestationer av gravitationsinteraktion för masslösa partiklar är förändringen i deras energi ( gravitationsrödförskjutning ) och utbredningsriktning ( gravitationsavböjning av ljus ) i ett gravitationsfält.
Masslösa partiklar har en speciell bevarad Lorentz-invariant kvantitet- helicitet . Helicitet är projektionen av en partikels snurr på dess rörelsemängd . [6] [7]
Om ett irreducibelt masslöst fält ges av en representation av Lorentz-gruppen , då är dess kvanta masslösa helicitetspartiklar ( Weinbergs helicitetssats ). [åtta]
En av de viktiga skillnaderna mellan massiva och masslösa partiklar med spinn är att massiva partiklar med spinn har polarisationstillstånd , medan för en masslös partikel med spinn endast två polarisationstillstånd är möjliga , vilket är dess helicitet. [7]
För alla masslösa partiklar existerar inte begreppet inre paritet . [9]
För masslösa partiklar med icke-noll spin existerar inte
konceptet med orbital rörelsemängd . [tio]
Förklaringen till frånvaron av masslösa partiklar med noll spin i naturen är ett olöst problem inom teoretisk fysik. [7]
Hastigheten hos virtuella partiklar, inklusive masslösa, har ingen fysisk betydelse. Detta följer av det faktum att en partikels hastighet bestäms av dess rörelsemängd , energi och ljusets hastighet av relationen
. [2] Till exempel, för virtuella fotoner utbytta mellan en proton och en elektron i en väteatom, momentum , energi . När dessa värden ersätts i formeln för hastighet erhålls ett oändligt stort värde.
Massan av virtuella partiklar, inklusive masslösa, har ingen fysisk betydelse. Detta följer av förhållandet mellan massa , energi , rörelsemängd och ljusets hastighet . [11] Till exempel, för virtuella fotoner utbytta mellan en proton och en elektron i en väteatom, momentum , energi . När dessa värden ersätts i formeln för massan erhålls ett imaginärt värde.
Kända masslösa partiklar
- Fotoner . Den enda helt tillförlitligt existerande masslösa partikeln. Både dess existens och masslöshet bekräftas experimentellt, dessutom argumenteras de mycket starkt experimentellt (skillnaden mellan fotonmassan från noll skulle leda till spridning av elektromagnetiska vågor i vakuum, vilket skulle smeta de observerade bilderna av galaxer över himlen) och teoretiskt (i kvantfältteorin är det bevisat att om massan av en foton inte var lika med noll, så skulle elektromagnetiska vågor ha tre, och inte två , polarisationstillstånd , på grund av det faktum att massiva partiklar med spinnharpolarisationstillstånd, och för en masslös partikel med spin, är endast två polarisationstillstånd möjliga, fotonspin [7] ). [12] [5] Men ur experiment- och observationssynpunkt kan vi naturligtvis bara tala om den övre gränsen för massan (observationer av galaktiska magnetfält ger värdet av Compton-våglängden för en fotoncm, vilket ger en övre uppskattning av massan av ett fotongram[ 13] ) En analog av tillståndmed vissa värden på rörelsemängdsrörelsenför en foton är fotonmultipoler . [tio]
- Gluoner . Om gluoner existerar, så är de masslösa, men än så länge kan deras existens vara under viss tvivel, eftersom det finns några (inte alltför stora) tvivel i teorin där de är teoretiskt introducerade - kvantkromodynamik och fria gluoner observeras inte (uppenbarligen , det borde vara så i full överensstämmelse med teorin, men det senare har inte bevisats matematiskt).
- Gravitoner . Om gravitoner existerar, så är de nästan säkert masslösa partiklar, mer exakt - deras massa måste vara åtminstone mycket liten - detta följer av lagen om universell gravitation och observationer av binära pulsarer. Observationer av dämpning av omloppsrörelse i binära pulsarer bekräftar indirekt förekomsten av gravitationsvågor som förutsägs av allmän relativitet, och den kvantitativa överensstämmelsen mellan dessa observationer och förutsägelserna av allmän relativitet indikerar att den övre gränsen för gravitonmassan bestäms av frekvensenklockansomloppsrörelsese det ger en övre gräns för gravitonmassangram. [14] Dessutom, eftersom samtidiga observationer av gravitationsvågornas ankomst och en ljuspuls från händelsen som genererade dem - ett mycket avlägset föremål, utfördes, visades det att tyngdkraftens utbredningshastighet är exakt lika med ljusets hastighet, och detta ger automatiskt gravitonmassan = 0. Men frågan om deras existens förblir öppen i den meningen att de inte har upptäckts experimentellt och sannolikt inte kommer att upptäckas inom överskådlig framtid som enskilda partiklar. Gravitationsvågor , som (teoretiskt) är den första faktiskt observerade manifestationen av icke-virtuella gravitoner, upptäcktes i praktiken .
Ansågs tidigare
Anteckningar
- ↑ Institutionen för rymdfysik (otillgänglig länk) . Hämtad 5 augusti 2014. Arkiverad från originalet 10 augusti 2014. (obestämd)
- ↑ 1 2 3 4 Shirokov, 1972 , sid. 16.
- ↑ Rumer, 2010 , sid. 231.
- ↑ Rumer, 2010 , sid. 233.
- ↑ 1 2 Shirkov, 1980 , sid. 451.
- ↑ Yavorsky, 2007 , sid. 973.
- ↑ 1 2 3 4 Rumer, 2010 , sid. 234.
- ↑ Rumer, 2010 , sid. 240.
- ↑ Shirokov, 1972 , sid. 67.
- ↑ 1 2 Shirokov, 1972 , sid. 148.
- ↑ Shirokov, 1972 , sid. femton.
- ↑ Shirokov, 1972 , sid. 240.
- ↑ Okun, 2005 , sid. 178.
- ↑ Rubakov V. A., Tinyakov P. G. "Modifiering av gravitationen vid stora avstånd och en massiv graviton" Arkivkopia daterad 14 april 2015 på Wayback Machine , UFN , 178, sid. 813, (2008)
- ↑ Astronomer mäter noggrant massan av neutriner för första gången . scitechdaily.com (10 februari 2014). Hämtad 7 maj 2014. Arkiverad från originalet 8 maj 2014. (obestämd)
- ↑ Foley, James A. Massa av neutrinos exakt beräknad för första gången, Physicists Report . natureworldnews.com (10 februari 2014). Hämtad 7 maj 2014. Arkiverad från originalet 8 maj 2014. (obestämd)
- ↑ Battye, Richard A.; Moss, Adam. Bevis för massiva neutrinos från kosmisk mikrovågsbakgrund och observationer av linser // Physical Review Letters : journal . - 2014. - Vol. 112 , nr. 5 . — S. 051303 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.112.051303 . - . - arXiv : 1308.5870v2 . — PMID 24580586 .
Litteratur
- Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Kärnfysik. - M. : Nauka, 1972. - 670 sid.
- Shirkov DV Mikrokosmos fysik. - M . : Soviet Encyclopedia, 1980. - 527 sid.
- Yavorsky BM Handbok i fysik för ingenjörer och universitetsstudenter. - M . : Oniks, 2007. - 1056 sid.
- Yu. B. Rumer , AI Fet Teori om grupper och kvantiserade fält. - M. : Librokom, 2010. - 248 sid. - ISBN 978-5-397-01392-5 .
- Okun' LB Leptoner och kvarkar. - M. : Redaktionell URSS, 2005. - 352 sid. — ISBN 5-354-01084-5 .