Kuri dalelė turi sveikąjį sukinį. Kas iš tikrųjų yra elektronų sukimasis?

Sukas yra elementariosios dalelės sukimosi momentas.

Kartais net labai rimtose fizikos knygose galima susidurti su klaidingu teiginiu, kad sukimas niekaip nesusijęs su sukimu, kad neva elementarioji dalelė nesisuka. Kartais netgi pasigirsta teiginys, kad sukinys yra neva tokia ypatinga elementariųjų dalelių kvantinė charakteristika, krūvio tipas, kurio nėra klasikinėje mechanikoje.

Ši klaidinga nuomonė atsirado dėl to, kad bandant įsivaizduoti elementariąją dalelę besisukančio kieto vienodo tankio rutulio pavidalu, gaunami absurdiški rezultatai dėl tokio sukimosi greičio ir su tokiu sukimu susijusio magnetinio momento. Bet iš tikrųjų šis absurdas tik sako, kad elementarioji dalelė negali būti pavaizduota vientiso vienodo tankio rutulio pavidalu, o ne tas sukimasis tariamai niekaip nesusijęs su sukimu.

• Jei sukimasis nesusietas su sukimu, tai kodėl galioja bendrasis kampinio momento išsaugojimo dėsnis, kuris taip pat apima sukimosi momentą kaip terminą? Pasirodo, sukimosi momento pagalba galime pasukti kokią nors elementariąją dalelę taip, kad ji judėtų ratu. Pasirodo, kad rotacija atsirado tarsi iš nieko.
• Jei visų elementariųjų dalelių kūne visi sukimai yra nukreipti viena kryptimi ir sumuojasi vienas su kitu, tai ką mes gausime makro lygmeniu?
• Galiausiai, kuo sukimasis skiriasi nuo nesisukimo? Kokia kūno savybė yra universalus šio kūno sukimosi ženklas? Kaip atskirti sukimąsi nuo nesisukimo? Jei pagalvosite apie šiuos klausimus, padarysite išvadą, kad vienintelis kėbulo sukimosi kriterijus yra sukimo momento buvimas. Ši situacija atrodo labai absurdiška, kai jums sakoma, kad taip, atrodo, kad yra sukimosi momentas, bet atrodo, kad nėra paties sukimosi.

Tiesą sakant, labai glumina tai, kad klasikinėje fizikoje nematome sukinio analogo. Jei klasikinėje mechanikoje rastume sukinio analogą, tai jo kvantinės savybės mums neatrodytų pernelyg egzotiškos. Todėl pirmiausia pabandykime ieškoti sukimosi analogo klasikinėje mechanikoje.

Sukimo analogas klasikinėje mechanikoje

Kaip žinoma, įrodydami Emmos Noether teoremą toje dalyje, kuri skirta erdvės izotropijai, gauname du terminus, susijusius su sukimosi momentu. Vienas iš šių terminų interpretuojamas kaip įprastas sukimasis, o kitas - kaip sukimasis. Tačiau E. Noeterio teorema nepriklauso nuo to, su kokia fizika mes susiduriame, klasikine ar kvantine. Noeterio teorema yra susijusi su globaliomis erdvės ir laiko savybėmis. Tai universali teorema.

Ir jei taip, tai reiškia, kad sukimo momentas egzistuoja klasikinėje mechanikoje, bent jau teoriškai. Iš tiesų, klasikinėje mechanikoje galima sukurti grynai teorinį sukimosi modelį.

Kitas klausimas, ar šis sukimosi modelis praktiškai įgyvendinamas bet kurioje makrosistemoje.

Pažvelkime į įprastą klasikinį sukimąsi. Iš karto krenta į akis tai, kad vyksta sukimai, susiję su masės centro perkėlimu ir be masės centro perkėlimo. Pavyzdžiui, kai Žemė sukasi aplink Saulę, perkeliama Žemės masė, nes šio sukimosi ašis nekerta Žemės masės centro. Kai Žemė sukasi aplink savo ašį, Žemės masės centras niekur nejuda.

Tačiau, kai Žemė sukasi aplink savo ašį, Žemės masė vis tiek juda. Bet labai įdomu. Jei pasirenkate bet kokį erdvės tūrį Žemės viduje, tada masė šio tūrio viduje laikui bėgant nesikeičia. Nes kiek masės palieka šį tūrį per laiko vienetą vienoje pusėje, tiek pat masės ateina iš kitos pusės. Pasirodo, kad Žemės sukimosi aplink savo ašį atveju susiduriame su masės srautu.

Kitas masinio srauto pavyzdys klasikinėje mechanikoje yra apskritas vandens srautas (piltuvas vonioje, cukraus maišymas stiklinėje arbatos) ir žiediniai oro srautai (tornadas, taifūnas, ciklonas ir kt.). Kiek oro ar vandens išeina iš paskirto tūrio per laiko vienetą, tiek pat patenka ten. Todėl šio skiriamo tūrio masė laikui bėgant nekinta.

Akivaizdu, kad kiekviena vandens molekulė stikle turės ne nulinį sukimo momentą. Šiuo atveju visų molekulių sukimosi momentai yra nukreipti ta pačia kryptimi. Tai reiškia, kad šie sukimosi momentai yra sumuojami vienas su kitu. Ir šis kiekis bus kaip tik makroskopinis vandens sukimosi stiklinėje momentas. (Realioje situacijoje visi vandens molekulių sukimosi momentai yra nukreipti skirtingomis kryptimis ir juos susumavus gaunamas nulinis viso vandens stiklinėje sukimosi momentas.)

Taigi gauname, kad vandens masės centras stiklinėje nesisuka aplink ką nors, o stiklinėje nėra apskrito vandens srauto. Ir yra sukimosi momentas. Tai sukimosi analogas klasikinėje mechanikoje.

Tiesa, tai dar nėra visiškai „sąžiningas“ sukimas. Turime vietinius masės srautus, susijusius su kiekvienos atskiros vandens molekulės sukimu. Bet tai įveikiama ribojančiu perėjimu, kai vandens molekulių skaičius stiklinėje nukreipiamas į begalybę, o kiekvienos vandens molekulės masė nukreipiama į nulį, kad tokio ribojančio perėjimo metu vandens tankis išliktų pastovus. Akivaizdu, kad esant tokiam ribojančiam perėjimui, molekulių sukimosi kampinis greitis išlieka pastovus, o bendras vandens sukimo momentas taip pat išlieka pastovus. Riboje matome, kad šis vandens sukimosi stiklinėje momentas yra grynai sukimosi pobūdžio.

Sukimo momento kvantavimas

Kvantinėje mechanikoje kūno charakteristikos, kurias galima perkelti iš vieno kūno į kitą, gali būti kvantuojamos. Pagrindinė kvantinės mechanikos pozicija teigia, kad šios charakteristikos gali būti perduodamos iš vieno kūno į kitą ne bet kokiais dydžiais, o tik tam tikro minimalaus kiekio kartotiniais. Šis minimalus kiekis vadinamas kvantu. Quantum lotyniškai reiškia kiekį, porciją.

Todėl mokslas, tiriantis visas tokio charakteristikų perdavimo pasekmes, vadinamas kvantine fizika. (Nepainiokite su kvantine mechanika! Kvantinė mechanika yra matematinis kvantinės fizikos modelis.)

Kvantinės fizikos kūrėjas Maxas Planckas manė, kad tik tokia charakteristika kaip energija perduodama iš kūno į kūną proporcingai visam kvantų skaičiui. Tai padėjo Planckui paaiškinti vieną iš XIX amžiaus pabaigos fizikos paslapčių, būtent, kodėl visi kūnai neatiduoda visos savo energijos laukams. Faktas yra tas, kad laukai turi begalinį laisvės laipsnių skaičių, o kūnai – ribotą skaičių laisvės laipsnių. Pagal vienodo energijos pasiskirstymo visiems laisvės laipsniams dėsnį, visi kūnai turėtų akimirksniu atiduoti visą savo energiją laukams, kurių mes nepastebime.

Vėliau Nielsas Bohras išsprendė antrąją didžiausią XIX amžiaus pabaigos fizikos paslaptį – kodėl visi atomai yra vienodi. Pavyzdžiui, kodėl nėra didelių vandenilio atomų ir mažų vandenilio atomų, kodėl visų vandenilio atomų spinduliai yra vienodi. Paaiškėjo, kad šią problemą galima išspręsti, jei darysime prielaidą, kad kvantuojama ne tik energija, bet ir sukimo momentas. Ir atitinkamai sukimasis gali būti perduodamas iš vieno kūno į kitą ne bet kokiais kiekiais, o tik proporcingai minimaliam sukimosi kvantui.

Kvantuojantis sukimo momentas labai skiriasi nuo energijos kvantavimo. Energija yra skaliarinis dydis. Todėl energijos kvantas visada yra teigiamas, o kūnas gali turėti tik teigiamą energiją, tai yra teigiamą energijos kvantų skaičių. Yra dviejų tipų sukimosi kvantai aplink konkrečią ašį. Sukimosi pagal laikrodžio rodyklę kvantas ir prieš laikrodžio rodyklę. Atitinkamai, jei pasirenkate kitą sukimosi ašį, taip pat yra du sukimosi kvantai pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę.

Panaši situacija yra ir kvantuojant pulsą. Išilgai tam tikros ašies teigiamas impulso kvantas arba neigiamas impulso kvantas gali būti perkeltas į kūną. Kvantuojant krūvį taip pat gaunami du kvantai teigiami ir neigiami, bet tai yra skaliariniai dydžiai, jie neturi krypties.

Elementariųjų dalelių sukimasis

Kvantinėje mechanikoje įprasta elementariųjų dalelių sukimosi momentus vadinti sukimu. Labai patogu išmatuoti elementariųjų dalelių sukimosi momentą minimaliais sukimosi kvantais. Taigi jie sako, kad, pavyzdžiui, fotono sukimasis išilgai tokios ir tokios ašies yra lygus (+1). Tai reiškia, kad šio fotono sukimosi momentas yra lygus vienam sukimosi pagal laikrodžio rodyklę kvantui pasirinktos ašies atžvilgiu. Arba jie sako, kad elektrono sukinys išilgai ašies yra lygus (-1/2). Tai reiškia, kad šio elektrono kampinis impulsas yra lygus pusei sukimosi kvanto prieš laikrodžio rodyklę pasirinktos ašies atžvilgiu.

Kartais kai kurie žmonės glumina, kodėl fermionai (elektronai, protonai, neutronai ir kt.) turi pusę sukimosi kvantų, skirtingai nei bozonai (fotonai ir kt.). Tiesą sakant, kvantinė mechanika nieko nesako apie tai, kiek gali suktis kūnas. Kalbama tik apie sukimosi kiekį, kurį galima perkelti iš vieno kūno į kitą.

Situacija su puskvantais atsiranda ne tik kvantuojant sukimąsi. Pavyzdžiui, jei išspręstume tiesinio osciliatoriaus Šriodingerio lygtį, paaiškėtų, kad tiesinio generatoriaus energija visada lygi energijos kvantų pusės sveikojo skaičiaus reikšmei. Todėl, jei energijos kvantai paimti iš tiesinio osciliatoriaus, galų gale osciliatoriuje liks tik pusė energijos kvanto. Ir jokiu būdu negalima paimti šios pusės energijos kvanto iš osciliatoriaus, nes galite paimti tik visą energijos kvantą, o ne pusę jo. Tiesiniam generatoriui šie energijos puskvantai išlieka kaip nulinio taško svyravimai. (Šie nulinio taško virpesiai nėra tokie maži. Skystame hele jų energija yra didesnė už helio kristalizacijos energiją, todėl helis negali sudaryti kristalinės gardelės net esant nulinei absoliučiai temperatūrai.)

Elementariųjų dalelių sukimosi perkėlimas

Pažiūrėkime, kaip perduodami vidiniai elementariųjų dalelių sukimosi momentai. Pavyzdžiui, leiskite elektronui suktis pagal laikrodžio rodyklę aplink tam tikrą ašį (sukinys lygus +1/2). Ir tegul jis suteikia, pavyzdžiui, fotonui elektronų ir fotonų sąveikos metu vieną kvantą sukimosi pagal laikrodžio rodyklę aplink tą pačią ašį. Tada elektrono sukinys tampa lygus (+1/2)-(+1)=(-1/2), tai yra, elektronas tiesiog pradeda suktis aplink tą pačią ašį, bet priešinga kryptimi prieš laikrodžio rodyklę. Taigi, nors elektronas turėjo pusę sukimosi pagal laikrodžio rodyklę kvanto, vis dėlto iš jo galima atimti visą sukimosi pagal laikrodžio rodyklę kvantą.

Jei fotonas prieš sąveikaudamas su elektronu turėjo sukinį toje pačioje ašyje, lygus (-1), tai yra lygus vienam sukimosi prieš laikrodžio rodyklę kvantui, tai po sąveikos sukinys tapo lygus (-1) + (+1) ) = 0. Jei sukimasis šioje ašyje iš pradžių buvo lygus nuliui, tai yra, fotonas nesisuko aplink šią ašį, tada po sąveikos su elektronu fotonas, gavęs vieną sukimosi kvantą pagal laikrodžio rodyklę, pradės suktis pagal laikrodžio rodyklę su vieneto reikšme. sukimosi kvantas: 0+(+1 )=(+1).

Taigi, paaiškėja, kad fermionai ir bozonai taip pat skiriasi vienas nuo kito tuo, kad pačių bozonų sukimąsi galima sustabdyti, bet pačių fermionų sukimąsi sustabdyti negalima. Fermiono kampinis impulsas visada bus nelygus nuliui.

Pavyzdžiui, bozonas, pavyzdžiui, fotonas, gali turėti dvi būsenas: visišką sukimosi nebuvimą (sukis bet kurios ašies atžvilgiu yra 0) ir sukimosi būseną. Fotono sukimosi būsenoje jo sukimosi vertė bet kurioje ašyje gali būti trys reikšmės: (-1) arba 0 arba (+1). Nulinė reikšmė fotono sukimosi būsenoje rodo, kad fotonas sukasi statmenai pasirinktai ašiai, todėl nėra sukimosi sukimo momento vektoriaus projekcijos į pasirinktą ašį. Jei pasirinksite ašį kitaip, sukimasis bus (+1) arba (-1). Būtina atskirti šias dvi fotono situacijas, kai sukimosi visai nėra, ir kai sukimasis yra, bet jis neapeina aplink pasirinktą ašį.

Beje, fotonų sukinys turi labai paprastą analogą klasikinėje elektrodinamikoje. Tai elektromagnetinės bangos poliarizacijos plokštumos sukimasis.

Elementariųjų dalelių maksimalaus sukimosi apribojimas

Labai paslaptinga, kad negalime padidinti elementariųjų dalelių sukimo momento. Pavyzdžiui, jei elektronas turi sukinį (+1/2), tai mes negalime šiam elektronui suteikti dar vieno sukimosi pagal laikrodžio rodyklę kvanto: (+1/2)+(+1)=(+3/2). Mes galime pakeisti tik elektrono sukimąsi pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę. Taip pat negalime padaryti, kad fotono sukinys būtų lygus, pavyzdžiui, (+2).

Tuo pačiu metu masyvesnės elementarios dalelės gali turėti didesnę sukimo momento vertę. Pavyzdžiui, omega minus dalelės sukimasis yra 3/2. Pasirinktoje ašyje šis sukimas gali turėti šias reikšmes: (-3/2), (-1/2), (+1/2) ir (+3/2). Taigi, jei omega-minuso dalelė turi sukimąsi (-1/2), tai yra, ji sukasi prieš laikrodžio rodyklę išilgai tam tikros ašies, kurios vertė yra pusė sukimosi kvanto, tada ji gali sugerti kitą sukimosi kvantą prieš laikrodžio rodyklę (-1 ) ir jo sukimasis išilgai šios ašies taps (-1/2)+(-1)=(-3/2).

Kuo didesnė kūno masė, tuo didesnis gali būti jo sukimasis. Tai galima suprasti, jei grįšime prie klasikinio sukimosi analogo.

Kai susiduriame su masės srautu, galime padidinti sukimo momentą iki begalybės. Pavyzdžiui, jei sukame vientisą vienarūšį rutulį aplink ašį, einantį per jo masės centrą, tada tiesiniam sukimosi greičiui ties „ekvatoriumi“ artėjant prie šviesos greičio, prasidės rutulio masės didinimo reliatyvistinis efektas. pasireikšti. Ir nors rutulio spindulys nekinta ir linijinis sukimosi greitis nepadidėja aukščiau šviesos greičio, vis dėlto sukimosi momentas be galo didėja dėl kūno masės didėjimo.

Tačiau klasikiniame sukimosi analoge šis efektas neegzistuoja, jei „sąžiningai“ pereiname iki ribos, sumažindami kiekvienos vandens molekulės masę stiklinėje. Galima parodyti, kad tokiame klasikiniame sukimosi modelyje yra ribinė vandens sukimosi stiklinėje momento reikšmė, kai tolimesnis sukimosi momento sugertis nebeįmanomas.

Taigi, visiškai abstrahuojamės ir pamirškime bet kokius klasikinius apibrėžimus. Nes su smeigtukas yra koncepcija, būdinga tik kvantiniam pasauliui. Pabandykime išsiaiškinti, kas tai yra.

Daugiau naudingos informacijos studentams rasite mūsų telegramoje.

Sukimasis ir kampinis momentas

Sukite(iš anglų kalbos suktis– pasukti) – elementariosios dalelės vidinis kampinis momentas.

Dabar prisiminkime, koks kampinis momentas yra klasikinėje mechanikoje.

Impulsas yra fizikinis dydis, apibūdinantis sukamąjį judesį, tiksliau, sukamojo judesio kiekį.

Klasikinėje mechanikoje kampinis momentas apibrėžiamas kaip dalelės impulso ir jos spindulio vektoriaus sandauga:

Pagal analogiją su klasikine mechanika suktis charakterizuoja dalelių sukimąsi. Jie pavaizduoti viršūnių, besisukančių aplink ašį, pavidalu. Jei dalelė turi krūvį, tada besisukdama ji sukuria magnetinį momentą ir yra savotiškas magnetas.

Tačiau šis sukimas negali būti interpretuojamas klasikiniu būdu. Visos dalelės, be sukimosi, turi išorinį arba orbitinį kampinį momentą, kuris apibūdina dalelės sukimąsi tam tikro taško atžvilgiu. Pavyzdžiui, kai dalelė juda apskritimu (elektronas aplink branduolį).

Sukimasis yra savo paties kampinis impulsas , tai yra, apibūdina vidinę dalelės sukimosi būseną, neatsižvelgiant į išorinį orbitos kampinį momentą. Tuo pačiu metu sukimas nepriklauso nuo išorinių dalelės judesių .

Neįmanoma įsivaizduoti, kas sukasi dalelės viduje. Tačiau faktas lieka faktu, kad įkrautų dalelių, kurių sukiniai yra priešingos krypties, judėjimo magnetiniame lauke trajektorijos bus skirtingos.

Sukimosi kvantinis skaičius

Norint apibūdinti sukimąsi kvantinėje fizikoje, jis buvo pristatytas sukimosi kvantinis skaičius.

Sukimosi kvantinis skaičius yra vienas iš dalelėms būdingų kvantinių skaičių. Dažnai sukimosi kvantinis skaičius tiesiog vadinamas sukimu. Tačiau reikia suprasti, kad dalelės sukinys (jos pačios kampinio momento prasme) ir sukimosi kvantinis skaičius nėra tas pats dalykas. Sukimo numeris žymimas raide J ir paima keletą atskirų verčių, o pati sukimosi vertė yra proporcinga sumažintai Planck konstantai:

Bozonai ir fermionai

Skirtingos dalelės turi skirtingą sukimosi skaičių. Taigi, pagrindinis skirtumas yra tas, kad kai kurie turi visą sukimąsi, o kiti - pusę sveikojo skaičiaus. Dalelės, turinčios sveikąjį sukimąsi, vadinamos bozonais, o pusiau sveikos – fermionais.

Bozonai paklūsta Bose-Einstein statistikai, o fermionai paklūsta Fermi-Dirac statistikai. Dalelių ansamblyje, susidedančiame iš bozonų, bet koks jų skaičius gali būti toje pačioje būsenoje. Su fermionais yra atvirkščiai – dviejų vienodų fermionų buvimas vienoje dalelių sistemoje yra neįmanomas.

Bozonai: fotonas, gliuonas, Higso bozonas. - atskirame straipsnyje.

Fermionai: elektronas, leptonas, kvarkas

Pabandykime įsivaizduoti, kaip skiriasi dalelės su skirtingais sukimosi skaičiais, naudodami makrokosmoso pavyzdžius. Jei objekto sukinys yra lygus nuliui, tada jį galima pavaizduoti kaip tašką. Iš visų pusių, nesvarbu, kaip suksite šį objektą, jis bus tas pats. Sukant 1, objektą pasukus 360 laipsnių kampu, jis grąžinamas į būseną, identišką pradinei būsenai.

Pavyzdžiui, vienoje pusėje paaštrintas pieštukas. Sukimą 2 galima įsivaizduoti kaip iš abiejų pusių paaštrintą pieštuką – pasukę tokį pieštuką 180 laipsnių kampu nepastebėsime jokių pakitimų. Tačiau pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi, lygų 1/2, vaizduoja objektas, kurio pradinę būseną grąžinti reikia padaryti 720 laipsnių apsisukimą. Pavyzdys būtų taškas, judantis išilgai Mobius juostos.

Taigi, suktis- elementariųjų dalelių kvantinė charakteristika, skirta apibūdinti jų vidinį sukimąsi, dalelės kampinį momentą, nepriklausomą nuo jos išorinių judesių.

Tikimės, kad greitai įsisavinsite šią teoriją ir prireikus galėsite pritaikyti žinias praktikoje. Na, o jei kvantinės mechanikos problema pasirodo per sunki arba negali to padaryti, nepamirškite apie studentų tarnybą, kurios specialistai pasiruošę gelbėti. Atsižvelgiant į tai, kad pats Richardas Feynmanas sakė, kad „niekas iki galo nesupranta kvantinės fizikos“, visiškai natūralu kreiptis pagalbos į patyrusius specialistus!

Tiriant vandenilio atomo spektrą, buvo nustatyta, kad jie turi dubletinę struktūrą (kiekviena spektro linija yra padalinta į dvi juosteles). Norint paaiškinti šį reiškinį, buvo daroma prielaida, kad elektronas turi savo mechaninį kampinį impulsą - sukimąsi (). Iš pradžių sukimasis buvo susijęs su elektrono sukimu aplink savo ašį. Vėliau paaiškėjo, kad tai neteisinga. Sukas yra vidinė elektrono kvantinė savybė – jis neturi klasikinio analogo. Nugara apskaičiuojama pagal įstatymą:

Kur - sukimosi kvantinis skaičius.

Pagal analogiją su orbitos kampiniu momentu, projekcija
sukinys kvantuojamas taip, kad vektorius gali priimti
orientacijos. Kadangi spektro linija yra padalinta tik į dvi dalis, tada orientacijos tik du:
, iš čia
. Sukimo projekcija pasirinkta kryptimi nustatoma pagal išraišką:

Kur - magnetinis kvantinis skaičius. Jis gali turėti tik dvi reikšmes
.

Taigi, eksperimentiniai duomenys paskatino įvesti sukimąsi. Todėl norint visiškai apibūdinti elektrono būseną atome, kartu su pagrindiniais orbitiniais ir magnetiniais kvantiniais skaičiais būtina nurodyti magnetinio sukinio kvantinį skaičių.

Pauliaus principas. Elektronų pasiskirstymas atome pagal būsenas.

Kiekvieno elektrono būsena atome apibūdinama keturiais kvantiniais skaičiais:

(
1, 2, 3,...) – kvantuoja energiją ,

(
0, 1, 2,…,
) – kvantuoja orbitinį mechaninį momentą ,

(
0,
,
,…,
) – kiekybiškai įvertina kampinio momento projekciją tam tikra kryptimi ,

(
) – kvantuoja sukimosi projekciją tam tikra kryptimi
.

Didėjant energija auga. Įprastoje atomo būsenoje elektronai yra žemiausio energijos lygio. Atrodytų, kad jie visi turėtų sugebėti 1s. Tačiau patirtis rodo, kad taip nėra.

Šveicarų fizikas W. Pauli suformulavo principą: tame pačiame atome negali būti dviejų vienodų kvantinių skaičių elektronų. ,,
,. Tai yra, du elektronai turi skirtis bent vienu kvantiniu skaičiumi.

Reikšmė atitinka skirtingos vertės valstybės Ir
. Bet vis tiek turi dvi reikšmes
Ir
, tai reiškia viską
teigia. Todėl valstybėse su duotuoju gali būti
elektronų. Elektronų rinkinys su tuo pačiu vadinamas sluoksniu, ir su tuo pačiu Ir - apvalkalas.

Kadangi orbitinis kvantinis skaičius paima vertybes iš į
, lukštų skaičius sluoksnyje yra lygus . Elektronų skaičių apvalkale lemia magnetiniai ir sukimosi kvantiniai skaičiai: maksimalus elektronų skaičius apvalkale su tam tikra lygus
. Sluoksnių žymėjimas ir elektronų pasiskirstymas sluoksniuose ir apvalkaluose pateikti 1 lentelėje.

Naudojant elektronų pasiskirstymą tarp būsenų, galima paaiškinti periodinį Mendelejevo dėsnį. Kiekvienas paskesnis atomas turi dar vieną elektroną, kurio energija yra mažiausia.

Periodinė elementų lentelė prasideda nuo paprasčiausio vandenilio atomo. Jo vienas elektronas yra 1s būsenos, apibūdinamas kvantiniais skaičiais
,
Ir
(sukimosi orientacija yra savavališka).

Atome
du elektronai yra 1s būsenoje su antilygiagrečiais sukiniais. Ant atomo
K-sluoksnio užpildymas baigiasi, o tai atitinka Mendelejevo periodinės sistemos 1-ojo periodo pabaigą.

Prie atomo
3 elektronai. Pagal Pauli principą trečiasis elektronas nebetelpa į visiškai užpildytą K sluoksnį ir užima mažiausią energijos būseną su
(L sluoksnis), tai yra 2s būsena. Elektroninė atomo konfigūracija
: 12. Atom
Prasideda 2-asis Mendelejevo periodinės lentelės periodas. 2 laikotarpis baigiasi inertinių dujų neonu. Neono atomas turi visiškai užpildytą 2p apvalkalą ir visiškai užpildytą L sluoksnį.

Vienuoliktas elektronas
patalpintas į Mlayer (
), užimantis mažiausią būseną 3s. Elektroninė konfigūracija
: 1223. 3s elektronas (kaip ir ličio 2s elektronas) yra valentinis elektronas, todėl savybės
panašus į savybes
.
baigiasi 3-ias laikotarpis. Jo elektroninė konfigūracija
: 12233. Pradedant nuo kalio atomo, atsiranda elektronų apvalkalų išsidėstymo nuokrypis. Užuot užpildę 3D apvalkalą, pirmiausia užpildomi 4 (
: 122334). Taip atsitinka todėl, kad 4s apvalkalas yra energetiškai palankesnis ir yra arčiau šerdies nei 3d apvalkalas. Užpildžius 4s, užpildomas 3d, o tada 4p apvalkalas, kuris yra toliau nuo šerdies nei 3d.

Su tokiais nukrypimais susiduriame ir toliau. 4f apvalkalas, kuriame yra 14 elektronų, pradeda pildytis po 5s, 5p, 6s užpildymo. Dėl to elementuose 58-71 pridėtiniai elektronai nusėda 4f būsenoje, o šių elementų išoriniai elektronų apvalkalai yra vienodi. Todėl jų savybės artimos. Šie elementai vadinami lantanidais. Aktinidai (90-103) yra panašiai panašių savybių, kai 5f apvalkalas užpildomas pastoviu 7 .

Taigi Mendelejevo aptiktas periodiškumas cheminėse elementų savybėse paaiškinamas giminingų elementų atomų išorinių apvalkalų struktūros pakartojamumu.

Cheminio elemento valentingumas lygus elektronų skaičiui s arba p apvalkale, kurio didžiausias n. Jei s,p,d,… apvalkalai yra visiškai užpildyti, tada jų sukimai yra kompensuojami. Tokie elementai yra diamagnetiniai. Jei apvalkalai nėra visiškai užpildyti, tada yra nekompensuotų sukimų. Tai yra paramagnetiniai.

1 apibrėžimas

Elektronų sukimasis(ir kitos mikrodalelės) yra kvantinis dydis, neturintis klasikinio analogo. Tai vidinė elektrono savybė, kurią galima palyginti su krūviu arba mase. Sukinio sampratą pasiūlė amerikiečių fizikai D. Uhlenbeckas ir S. Goudsmitas, norėdami paaiškinti smulkiosios spektro linijų struktūros egzistavimą. Mokslininkai pasiūlė, kad elektronas turi savo mechaninį kampinį impulsą, kuris nėra susijęs su elektronų judėjimu erdvėje, kuris buvo vadinamas sukiniu.

Jei darysime prielaidą, kad elektronas turi sukinį (savo mechaninį kampinį momentą ($(\overrightarrow(L))_s$)), tai jis turi turėti savo magnetinį momentą ($(\overrightarrow(p))_(ms) $). Remiantis bendromis kvantinės fizikos išvadomis, sukinys kvantuojamas taip:

kur $s$ yra sukimosi kvantinis skaičius. Analogiškai su mechaniniu kampiniu momentu, sukimosi projekcija ($L_(sz)$) kvantuojama taip, kad vektoriaus $(\overrightarrow(L))_s$ orientacijų skaičius yra lygus $2s+ 1.$ Sterno ir Gerlacho eksperimentuose mokslininkai pastebėjo dvi orientacijas, tada $2s+1=2$, taigi $s=\frac(1)(2)$.

Šiuo atveju sukimosi projekcija į išorinio magnetinio lauko kryptį nustatoma pagal formulę:

kur $m_s=\pm \frac(1)(2)$ yra magnetinio sukimosi kvantinis skaičius.

Paaiškėjo, kad eksperimentiniai duomenys paskatino įvesti papildomą vidinį laisvės laipsnį. Norint visiškai apibūdinti elektrono būseną atome, reikalingi šie: pagrindiniai, orbitiniai, magnetiniai ir sukimosi kvantiniai skaičiai.

Vėliau Diracas parodė, kad sukimosi buvimas išplaukia iš jo gautos reliatyvistinės bangos lygties.

Pirmosios periodinės lentelės valentinės grupės atomai turi valentinį elektroną, esantį būsenoje, kurioje $l=0$. Šiuo atveju viso atomo kampinis impulsas yra lygus valentinio elektrono sukiniui. Todėl, kai jie atrado tokiems atomams, erdvinį atomo kampinio impulso kvantavimą magnetiniame lauke, tai tapo įrodymu, kad išoriniame lauke sukinys egzistuoja tik dviem kryptimis.

Sukimosi kvantinis skaičius, skiriasi nuo kitų kvantinių skaičių, yra trupmeninis. Kiekybinę elektronų sukimosi vertę galima rasti pagal (1) formulę:

Elektronui turime:

Kartais sakoma, kad elektronų sukimasis yra orientuotas pagal magnetinio lauko stiprumo kryptį arba prieš ją. Šis teiginys yra netikslus. Kadangi tai iš tikrųjų reiškia jo komponento $L_(sz).$ kryptį

kur $(\mu )_B$ yra Boro magnetonas.

Raskime projekcijų $L_(sz)$ ir $p_(ms_z)$ santykį, naudodami (4) ir (5) formules, turime:

Išraiška (6) vadinama sukimosi giromagnetiniu santykiu. Tai du kartus didesnis už orbitos giromagnetinį santykį. Vektoriaus žymėjime giromagnetinis santykis parašytas taip:

Einšteino ir de Haaso eksperimentai nustatė feromagnetų sukimosi giromagnetinį santykį. Tai leido nustatyti feromagnetų magnetinių savybių sukimosi pobūdį ir gauti feromagnetizmo teoriją.

1 pavyzdys

Pratimas: Raskite skaitines vertes: 1) paties elektrono mechaninio kampinio impulso (sukinio), 2) elektrono sukimosi projekcijos į išorinio magnetinio lauko kryptį.

Sprendimas:

Norėdami išspręsti problemą, naudojame posakį:

kur $s=\frac(1)(2)$. Žinodami reikšmę $\hbar =1.05\cdot (10)^(-34)J\cdot s$, atlikime skaičiavimus:

Norėdami išspręsti problemą, naudojame formulę:

kur $m_s=\pm \frac(1)(2)$ yra magnetinio sukimosi kvantinis skaičius. Todėl galima atlikti šiuos skaičiavimus:

Atsakymas:$L_s=9,09\cdot (10)^(-35)(\rm J)\cdot (\rm s),\ L_(sz)=\pm 5,25\cdot (10)^(-35) J\cdot s .$

2 pavyzdys

Pratimas: Koks yra elektrono sukimosi magnetinis momentas ($p_(ms)$) ir jo projekcija ($p_(ms_z)$) išorinio lauko kryptimi?

Sprendimas:

Elektrono sukimosi magnetinis momentas gali būti nustatytas pagal giromagnetinį ryšį taip:

Pačio elektrono mechaninis kampinis impulsas (sukinys) gali būti nustatytas taip:

kur $s=\frac(1)(2)$.

Elektronų sukinio išraišką pakeitę formule (2.1), gauname:

Mes naudojame elektronui žinomus kiekius:

Apskaičiuokime magnetinį momentą:

Iš Sterno ir Gerlacho eksperimentų buvo nustatyta, kad $p_(ms_z)$ (paties elektrono magnetinio momento projekcija) yra lygi:

Apskaičiuokime $p_(ms_z)$ elektronui:

Atsakymas:$p_(ms)=1,6\cdot (10)^(-23)A\cdot m^2,\ p_(ms_z)=9,27\cdot (10)^(-24)A\cdot m^ 2.$

© Mokslo kankinys.

Priimami šie užrašai:
- Vektoriai – paryškintomis raidėmis, šiek tiek didesnėmis nei likusi teksto dalis.W, g, A.
- pavadinimų paaiškinimai lentelėse – kursyvu.
- sveikųjų skaičių indeksai – paryškinti, įprasto dydžio.m, i, j .
- ne vektoriniai kintamieji ir formulės – šiek tiek didesniu kursyvu:q, r, k, nuodėmė, cos .

Impulso momentas. Mokyklos lygis.

Kampinis impulsas apibūdina sukimosi judesio kiekį. Tai dydis, kuris priklauso nuo to, kiek masė sukasi, kaip ji pasiskirsto sukimosi ašies atžvilgiu ir kokiu greičiu sukimasis.
Besisukančios ašies judesio momentasZiš dviejų masės kamuoliukų pagaminti hanteliaim, kurių kiekvienas yra per atstumąlnuo sukimosi ašies, tiesiniu rutuliukų greičiuV, yra lygus:

M= 2·m·l·V ;

Na, žinoma, formulė sako 2, nes hantelis turi du kamuoliukus.

Impulso momentas. Universiteto lygis.

ImpulsasLmaterialus taškas ( kampinis momentas, kampinis momentas, orbitinis momentas, kampinis momentas) tam tikros kilmės atžvilgiu nustatomasjo spindulio vektoriaus ir impulso vektorinė sandauga:

L= [ r X p]

Kur r- dalelės spindulio vektorius pasirinkto fiksuoto atskaitos taško atžvilgiu nurodytoje atskaitos sistemoje,p- dalelės impulsas.
Kelių dalelių kampinis momentas apibrėžiamas kaip šių terminų (vektoriaus) suma:

L= Σ i[ r i X p i]

Kur r i , p i- kiekvienos į sistemą patenkančios dalelės, kurios kampinis momentas nustatomas, spindulio vektorius ir impulsas.
Riboje dalelių skaičius gali būti begalinis, pavyzdžiui, kai kietoji medžiaga turi nuolat pasiskirstytą masę arba apskritai paskirstyta sistematai galima parašyti kaip

L= ∫ r xd p

kur d p- begalinio mažo taško sistemos elemento impulsas.
Iš kampinio momento apibrėžimo matyti, kad jo adityvumas tiek konkrečiai dalelių sistemai, tiek sistemai, susidedančiai iš kelių posistemių, yra tenkinamas:

L Σ= Σ iL i

Sterno ir Gerlacho patirtis.

1922 metais fizikai atliko eksperimentą, kurio metu paaiškėjo, kad sidabro atomai turi savo kampinį momentą. Be to, šio kampinio momento projekcija į ašįZ(žr. pav.) pasirodė lygus arba kokiai nors teigiamai, arba neigiamai reikšmei, bet ne nuliui. To negalima paaiškinti sidabro atomo elektronų orbitiniu kampiniu impulsu. Kadangi orbitos momentai, be kita ko, būtinai suteiktų nulinę projekciją. Ir čia yra griežtai pliusas ir minusas, ir nieko prie nulio. Vėliau, 1927 m., tai buvo interpretuojama kaip elektronų sukinio egzistavimo įrodymas.
Sterno ir Gerlacho (1922) eksperimente, vakuuminėje krosnyje plonais plyšiais išgarinant sidabro ar kito metalo atomus, susidaro siauras atominis pluoštas (pav.).

Šis spindulys praleidžiamas per nevienodą magnetinį lauką su dideliu magnetinės indukcijos gradientu. Magnetinio lauko indukcijaBeksperimente jis yra didelis ir nukreiptas išilgai ašiesZ. Atomai, skriejantys magneto tarpelyje pagal magnetinio lauko kryptį, yra veikiami jėgosF z, kurią sukelia netolygaus magnetinio lauko indukcijos gradientas ir priklauso nuo atomo magnetinio momento projekcijos į lauko kryptį dydžio. Ši jėga nukreipia judantį atomą ašies kryptimiZ, o magnetui praeinant judantis atomas kuo labiau nukreipiamas, tuo didesnė jėgos dydis. Tokiu atveju vieni atomai nukreipiami aukštyn, kiti – žemyn.
Klasikinės fizikos požiūriu sidabro atomai, skraidantys per magnetą, turėjo sudaryti ištisinę plačią veidrodinę juostelę ant stiklo plokštės.
Jei, kaip numato kvantinė teorija, įvyksta erdvinis kvantavimas ir magnetinio momento projekcijap Z M atomas įgauna tik tam tikras atskiras reikšmes, tada veikiamas jėgosFZatominis spindulys turi suskaidyti į atskirą skaičių pluoštų, kurie, nusėdę ant stiklo plokštės, sudaro siaurų atskirų nusodintų atomų veidrodinių juostelių seriją. Būtent toks rezultatas buvo pastebėtas atliekant eksperimentą. Buvo tik vienas dalykas: pačiame plokštės centre nebuvo juostelės.
Bet tai dar nebuvo elektronų sukimosi atradimas. Na, atskira sidabro atomų kampinio impulso serija, o kas? Tačiau mokslininkai ir toliau mąstė kodėl plokštelės centre nėra juostelės?
Nesužadinto sidabro atomų spindulys suskilo į du pluoštus, kurie ant stiklo plokštės nusodino dvi siauras veidrodines juosteles, simetriškai pasislinkusias aukštyn ir žemyn. Išmatavus šiuos poslinkius buvo galima nustatyti nesužadinto sidabro atomo magnetinį momentą. Jo projekcija į magnetinio lauko kryptį pasirodė lygi+ μ B arba -μ B. Tai yra, nesužadinto sidabro atomo magnetinis momentas pasirodė griežtas Ne lygus nuliui. Tam nebuvo jokio paaiškinimo.
Tačiau iš chemijos buvo žinoma, kad sidabro valentingumas yra lygus +1 . Tai yra, išoriniame elektronų apvalkale yra vienas aktyvus elektronas. Ir bendras elektronų skaičius atome yra nelyginis.

Elektronų sukimosi hipotezė

Šis prieštaravimas tarp teorijos ir patirties nebuvo vienintelis, atrastas atliekant įvairius eksperimentus. Toks pat skirtumas pastebėtas tiriant šarminių metalų optinių spektrų smulkiąją struktūrą (jie, beje, irgi yra vienavalenčiai). Eksperimentų su feromagnetais metu buvo aptikta anomali giromagnetinio santykio vertė, kuri skiriasi nuo numatomos vertės du kartus.
1924 metais Wolfgangas Pauli įvedė dviejų komponentų vidinį laisvės laipsnįšarminių metalų valentinio elektrono emisijos spektrams apibūdinti.
Dar kartą stebina, kaip Vakarų mokslininkai lengvai sugalvoja naujas daleles, reiškinius ir realijas, kad paaiškintų senąsias. Lygiai taip pat Higso bozonas buvo įvestas masei paaiškinti. Kitas bus Schmiggso bozonas, paaiškinantis Higso bozoną.
1927 m. Pauli modifikavo neseniai atrastą Schrödingerio lygtį, kad atsižvelgtų į sukimosi kintamąjį. Taip modifikuota lygtis dabar vadinama Pauli lygtimi. Šiuo aprašymu elektronas turi naują banginės funkcijos sukinio dalį, kurią apibūdina spinoras – „vektorius“ abstrakčioje dvimatėje sukimosi erdvėje.
Tai leido jam suformuluoti Pauli principą, pagal kurį kurioje nors sąveikaujančių dalelių sistemoje kiekvienas elektronas turi turėti savo nesikartojančią kvantinių skaičių rinkinį (kiekvienu laiko momentu visi elektronai yra skirtingose ​​būsenose). Kadangi fizinė elektrono sukimosi interpretacija buvo neaiški nuo pat pradžių (ir taip yra iki šiol), 1925 metais Ralfas Kronigas (garsaus fiziko Alfredo Lande'o padėjėjas) pasiūlė, kad sukimasis atsirado dėl paties elektrono sukimosi.
Visi šie kvantinės teorijos sunkumai buvo įveikti, kai 1925 m. rudenį J. Uhlenbeckas ir S. Goudsmitas paskelbė, kad elektronas yra „savo“ mechaninių ir magnetinių momentų nešėjas, nesusijęs su elektrono judėjimu erdvėje. Tai yra, jis turi sukimąsiS = ½ ћ Dirako konstantos vienetaisћ , o sukimosi magnetinis momentas lygus Boro magnetonui. Šiai prielaidai pritarė mokslo bendruomenė, nes ji patenkinamai paaiškino žinomus faktus.
Ši hipotezė vadinama elektronų sukimosi hipoteze. Šis pavadinimas yra susijęs su anglų kalbos žodžiusuktis, kuris verčiamas kaip „sukimas“, „sukimas“.
1928 metais P. Diracas kvantinę teoriją toliau apibendrino reliatyvistinio dalelių judėjimo atveju ir įvedė keturių komponentų dydį – bispinorą.
Reliatyvistinė kvantinė mechanika remiasi Dirako lygtimi, kuri iš pradžių buvo parašyta reliatyvistiniam elektronui. Ši lygtis savo struktūra ir matematiniu aparatu, naudojamu jai parašyti, yra daug sudėtingesnė nei Schrödingerio lygtis. Šios lygties nenagrinėsime. Sakykime, kad iš Dirako lygties ketvirtasis sukimosi kvantinis skaičius gaunamas taip pat „natūraliai“, kaip ir trys kvantiniai skaičiai, sprendžiant Šriodingerio lygtį.
Kvantinėje mechanikoje sukimosi kvantiniai skaičiai nesutampa su dalelių orbitinio impulso kvantiniais skaičiais, todėl sukimosi interpretacija yra ne klasikinė. Be to, dalelių sukimasis ir orbitinis impulsas turi skirtingą ryšį su atitinkamais magnetiniais dipolio momentais, kurie lydi bet kokį įkrautų dalelių sukimąsi. Visų pirma, sukimosi ir jo magnetinio momento formulėje giromagnetinis santykis nėra lygus 1 .
Elektronų sukimosi sąvoka naudojama daugeliui reiškinių paaiškinti, pavyzdžiui, atomų išsidėstymui periodinėje cheminių elementų lentelėje, smulkiajai atomų spektrų struktūrai, Zeemano efektui, feromagnetizmui, taip pat Pauli principui pagrįsti. Naujai besiformuojanti tyrimų sritis, vadinama „spintronika“, susijusi su manipuliavimu puslaidininkių įtaisų įkrovimo sukimais. Branduolinio magnetinio rezonanso srityje naudojama radijo bangų sąveika su branduolių sukiniais, todėl medicinos praktikoje galima atlikti cheminių elementų spektroskopiją ir vidaus organų vaizdavimą. Fotonams, kaip šviesos dalelėms, sukimasis yra susijęs su šviesos poliarizacija.

Mechaninis sukimosi modelis.

Praėjusio amžiaus 20–30-aisiais buvo atlikta daug eksperimentų, įrodančių, kad elementariose dalelėse yra sukimosi. Eksperimentai įrodė sukimosi kaip sukimosi momento realumą. Bet iš kur šis sukimasis elektrone ar protone?

Paprasčiausiu būdu tarkime, kad elektronas yra mažas kietas rutulys. Manome, kad šis rutulys turi tam tikrą vidutinį tankį ir tam tikrus fizinius parametrus, artimus žinomoms eksperimentinėms ir teorinėms tikro elektrono vertėms. Turime eksperimentines vertes:
Elektronų ramybės masė:m e
Elektronų sukimasis S e = ½ ћ
Kaip tiesinį objekto dydį imame jo Komptono bangos ilgį, patvirtintą tiek eksperimentiškai, tiek teoriškai. Komptono elektronų bangos ilgis:

Akivaizdu, kad tai yra objekto skersmuo. Spindulys yra 2 kartus mažesnis:

Turime teorinius dydžius, gautus iš mechanikos ir kvantinės fizikos.
1) Apskaičiuokite objekto inercijos momentąaš e . Kadangi jo formos patikimai nežinome, įvedame korekcijos koeficientusk e, kuris, priklausomai nuo jo formos, teoriškai gali svyruoti nuo beveik 0,0 (adata sukasi aplink ilgąją ašį), kol 1,0 (su tikslia ilgo hantelio forma, kaip paveikslėlyje straipsnio pradžioje arba plačia, bet plona spurgele). Pavyzdžiui, 0,4 reikšmė pasiekiama esant tiksliai rutulio formai. Taigi:

2) Iš formulės S = aš· ω , randame objektų sukimosi kampinį greitį:

3) Šis kampinis greitis atitinka tiesinį greitįVelektrono "paviršius":

Arba

V = 0,4 c;

Jei paimsime, kaip straipsnio pradžioje esančiame paveikslėlyje, hantelio formos elektroną, tada paaiškės

V = 0,16 c;

4) Protono arba neutrono skaičiavimus atliekame visiškai panašiai. Protono arba neutrono „paviršiaus“ linijinis greitis rutuliniam modeliui yra lygiai toks pat, 0,4c:

5) Padarykite išvadas. Rezultatas priklauso nuo objekto formos (koeficientokskaičiuojant inercijos momentą) ir iš elektronų arba protonų sukinių (½) formulėse pateiktų koeficientų. Tačiau, kad ir ką sakytume, vidutiniškai taip išeinaapie, artimas šviesos greičiui. Ir elektronas, ir protonas. Ne greičiau nei šviesos greitis! Rezultatas, kurį vargu ar galima pavadinti atsitiktiniu. Atlikome „beprasmius“ skaičiavimus, bet gavome absoliučiai prasmingą, paryškintą rezultatą!

Tai ne taip, vaikinai! - sakė Vladimiras Vysotskis. Tai ne signalas, tai dilema: arba – arba! Arba kažkas per pusę, arba kažkas gabalais. Einšteinas ir Schrödingeris šiuos argumentus paverčia beprasmiškais, nes, anot Einšteino, esant šviesos greičio eilės greičiui, masė auga iki begalybės, o, pasak Schrödingerio, jie neturi nei formos, nei dydžio. Tačiau viskas pasaulyje yra „santykinė“ ir nežinoma, kas yra kas ir kas kam atima prasmę. Gukuum teorija turi atsakymą, pagal kuriuos bangų sūkuriai – elektronai, Gukuume sukasi tiesiniu šviesos greičiu! Tiesą sakant, masė - ji visada juda ir visada išskirtinai šviesos greičiu. Elektronas ir protonas, kiekvienas elementas juose, kiekvienas taškas juda savo uždara trajektorija ir tik šviesos greičiu. Tai yra tikroji ir paprasta formulės reikšmė:

Tai praktiškai dvigubai viršija bangos kinetinės energijos formulę. Kodėl padvigubėjo? – Todėl, kad elastinėje bangoje pusė energijos yra kinetinė, o antroji pusė energijos yra paslėpta, potenciali, terpės, kurioje banga sklinda, deformacijos pavidalu.

Frazės, paaiškinančios elektronų sukimąsi.

Kokia yra sukinio buvimo elektrone fizinė prigimtis, jei tai nepaaiškinama mechaniniu požiūriu? Atsakymo į šį klausimą nėra ne tik klasikinėje fizikoje, bet ir nereliatyvistinėje kvantinėje mechanikoje, kuri remiasi Šriodingerio lygtimi. Sukimas įvedamas kaip papildoma hipotezė, būtina eksperimentui ir teorijai suderinti.

Elementariųjų dalelių, tokių kaip elektronas, formos ar vidinės struktūros samprotavimai šiuolaikinėje fizikoje lengvai klasifikuojami kaip „beprasmiai“. Kadangi nematote jų akimis, nėra ko klausti! Mikrobai gimė išradus mikroskopą (Michailas Geninas). Tokių samprotavimų bandymai visada baigiasi žodžiais, kad

Frazė Nr.1.
Klasikinės fizikos dėsniai ir sąvokos nustoja galioti mikropasaulyje.
Jei paties objekto vieta nežinoma, taiΨ -funkcija, tai ką galime pasakyti apie jos struktūrą? Išteptas – ir tiek. Prietaiso nėra.
Tas pats sakoma apie fizikinę kampinio momento reikšmę – elektrono (protono) sukinį. Atrodo, kad yra sukimasis, yra ir sukimasis, bet

Frazė Nr.2.
Klausti, kaip atrodo šis sukimasis, „nėra prasmės“.
Makro pasaulyje yra analogijų. Tarkime, norime paklausti oligarcho: kaip jūs uždirbote savo milijardus? Arba kur laikote vogtas prekes? - Ir jie tau atsako: tavo klausimas neturi prasmės! Paslaptis, užantspauduota septyniais antspaudais.

Frazė Nr.3.
Elektronų sukinys neturi klasikinio analogo.
y., atrodo, kad sukimas turi kažkokį analogą, tačiau jis neturi klasikinio analogo. Atrodo, kad tai apibūdina vidinę kvantinės dalelės savybę, susijusią su papildomo laisvės laipsnio buvimu. Šio laisvės laipsnio kiekybinė charakteristika yra sukimasisS= ½ ћ yra tokia pati elektrono reikšmė kaip, pavyzdžiui, jo masėm 0 ir įkrauti - e. Tačiau sukimasis iš tikrųjų yra sukimasis, tai sukimosi momentas ir pasireiškia eksperimentais.

Frazė Nr.4.
Sukas įvedamas kaip papildoma hipotezė, kuri neišplaukia iš pagrindinių teorijos principų, bet yra būtina eksperimentui ir teorijai suderinti .

Frazė Nr.5.
Sukas yra tam tikra vidinė savybė, pvz., masė ar krūvis, kuriai reikalingas specialus, dar nežinomas pagrindimas .
Kitaip tariant. Sukas (iš anglų kalbos sukinys - sukimasis, sukimasis) yra elementariųjų dalelių vidinis kampinis impulsas, turintis „kvantinę prigimtį“ ir nesusijęs su visos dalelės judėjimu. Skirtingai nuo orbitos kampinio momento, kurį sukuria dalelės judėjimas erdvėje, sukimasis nėra susijęs su jokiu judėjimu erdvėje. Sukimas yra tariamai vidinė, išskirtinai kvantinė charakteristika, kurios negalima paaiškinti mechanikos rėmuose.

Frazė Nr.6.
Tačiau, nepaisant visos savo kilmės paslapties, sukinys yra objektyviai egzistuojantis ir visiškai išmatuojamas fizikinis dydis.
Tuo pačiu metu paaiškėja, kad sukinys (ir jo projekcijos į bet kurią ašį) gali turėti tik sveikųjų arba pusiau sveikųjų skaičių reikšmes Dirako konstantos vienetaisħ = h/2π. Kur h– Planko konstanta. Tų dalelių, kurių sukiniai yra pusiau sveikieji, sukimosi projekcija nėra lygi nuliui.

Frazė Nr.7.
Egzistuoja būsenų erdvė, niekaip nesusijusi su dalelės judėjimu įprastoje erdvėje. Šios idėjos apibendrinimas į branduolinę fiziką paskatino izotopinio sukinio koncepciją, kuri veikia „specialioje izospino erdvėje“.
Kaip sakoma, tik šlifuokite ir malkite!
Vėliau, aprašant stiprią sąveiką, buvo pristatyta vidinė spalvų erdvė ir kvantinis skaičius „spalva“ - sudėtingesnis sukinio analogas.
Tai yra, paslapčių padaugėjo, tačiau jas visas išsprendė hipotezė, kad yra tam tikra būsenų erdvė, nesusijusi su dalelės judėjimu įprastoje erdvėje.

Frazė Nr.8.
Taigi, bendrais bruožais, galime pasakyti, kad paties elektrono mechaniniai ir magnetiniai momentai kvantinėje teorijoje atsiranda kaip reliatyvistinių efektų pasekmė.

Frazė Nr.9.
Sukimas (iš anglų kalbos sukinys - sukimas, sukimasis) yra elementariųjų dalelių vidinis kampinis impulsas, turintis kvantinį pobūdį ir nesusijęs su visos dalelės judėjimu.

Frazė Nr.10.
Sukio egzistavimas identiškų sąveikaujančių dalelių sistemoje yra naujo kvantinės mechanikos reiškinio, neturinčio analogo klasikinėje mechanikoje, priežastis – mainų sąveika.

11 frazė.
Būdamas viena iš kampinio momento apraiškų, sukinys kvantinėje mechanikoje apibūdinamas vektoriniu sukimosi operatoriumi ŝ, kurio komponentų algebra visiškai sutampa su orbitos kampinio momento operatorių algebra. l . Tačiau skirtingai nuo orbitos kampinio momento, sukimosi operatorius nėra išreikštas klasikiniais kintamaisiais, kitaip tariant, tai tik kvantinis dydis.
To pasekmė yra tai, kad sukinys (ir jo projekcijos į bet kurią ašį) gali turėti ne tik sveikųjų, bet ir pusiau sveikųjų skaičių.

12 frazė.
Kvantinėje mechanikoje sukimosi kvantiniai skaičiai nesutampa su dalelių orbitinio impulso kvantiniais skaičiais, todėl sukimosi interpretacija yra ne klasikinė.
Kaip sakoma, jei ką nors kartoji dažnai, pradedi tuo tikėti. Dabar jie sako: demokratija, demokratija, teisinė valstybė. Ir žmonės prie to pripranta ir pradeda tikėti.
Taip pat netiesiogiai naudojamas žodžio „spin“ vertimas iš anglų kalbos iš anglų kalbos. pasukti. Sako, kad anglai žino sukimo reikšmę, tik vertėjai nemoka jo protingai išversti.

Elektronų struktūra.

Kaip rodo bandymas „Google“ surasti elektrono dydį, tai taip pat yra ta pati paslaptis visiems fizikai, kaip ir elektrono sukimosi prigimtis. Pabandyk, ir niekur nerasi, nei Vikipedijoje, nei Fizinėje enciklopedijoje. Pateikiami įvairūs skaičiai. Nuo protono dydžio procentų dalių iki tūkstančių protonų dydžių. O nežinant elektrono dydžio, o dar geriau – elektrono sandaros, neįmanoma suprasti jo sukimosi kilmės.
Dabar pereikime prie sukinio paaiškinimo iš struktūrinio elektrono padėties. Elastinės visatos teorijos požiūriu. Taip atrodo elektronas.

Čia rodomi ne kieti žiedai ar beigeliai, o banguoti žiedai. Tai yra, bangos bėga ratu, matematika duoda tokį sprendimą. Sukasi ratušviesos greičiu, ir (!) gretimi žiedai juda priešingomis kryptimis. Tiesą sakant, šis paveikslas yra energijos pasiskirstymo elektrono viduje formulės iliustracija:

Besidomintys gali nesunkiai patikrinti šią formulę.
Čiaq– radialinė koordinatė.
Būtent toks komponentinių žiedų sukimasis sukuria bendrą nenulinį vidinį kampinį momentą – elektrono sukimąsi. Tai yra raktas į sukimosi atsiradimą, kuris vis dar tebėra paslaptis tradiciniame moksle. Tiesa, šios mįslės niekas iš tikrųjų nesiekia įminti, tačiau tai yra atskiras klausimas.
Būtent toks gretimų žiedų sukimasis priešingomis kryptimis, pirma, suteikia integralo konvergenciją sukimosi momentu ir, antra, sukuria neatitikimą tarp magnetinio momento ir sukimosi.
Šis (apytikslis) paveikslas rodo tik pagrindinius, artimiausius žiedus, jų yra be galo daug. Visas objektas yra vientisa visuma, labai stabili, nė vienos jo dalies negalima pašalinti. Ir ši visuma yra elementarioji dalelė, elektronas. Tai ne fikcija, ne fantazija, ne prisitaikymas. Tai dar kartą griežta matematika!
Tegul neišsigąsta netikėtumo tie, kurie tiki, kad vandenilio atome (paprasčiausias atvejis) aplink branduolį sukasi elektronas. Ne, jis nesisuka kaip visuma aplink šerdį. Tiesiog elektronas yra debesis, tikras bangų debesis, ir toks jis yra net tada, kai yra vienas ir laisvas. Tiesiog vandenilio atomo branduolys yra elektrono viduje.

Sukimo reiškinio paaiškinimas.

Ir tada belieka apskaičiuoti šios sudėtingos banginių spurgų struktūros kampinį momentą.
Elektrono kampinis impulsas nustatomas taip.
- Elektrone yra energijos pasiskirstymai. Judant iš sluoksnio į sluoksnį energijos judėjimo kryptis pasikeičia į priešingą.
Taigi tikėtina bendroji visų dalelių kampinio momento projekcijos formulė yraMz, turi tokią formą:

R- anksčiau nustatyta vertė.

Po integraliu ženklu yra keturi elementai, kurie aiškumo dėlei paryškinti laužtiniuose skliaustuose. Pirmajame laužtiniame skliaustelyje yra elektronų masės tankio elementai (skirtumas nuo energijosc 2 vardiklyje), atsižvelgiant į keliaujančios bangos „sluoksniavimą“ ant savęs (r 2 vardiklyje) ir taip pat atsižvelgiant į ženklą, su kuriuo ši masė pateks į kampinio momento formulę (funkcijaženklas). Tai yra, priklausomai nuo šio elemento sukimosi krypties. Antrasis laužtinis skliaustas yra atstumas nuo sukimosi ašies - ašiesZ. Trečiasis laužtinis skliaustas yra masės elemento judėjimo greitis, šviesos greitis. Ketvirtasis yra tūrio elementas. Tai yra, tai yra impulso momentas klasikine prasme.

Ši kampinio momento lygtis nėra paskelbta kiekybiškai tiksli, nors tai neatmetama. Tačiau tai suteikia koreliacinį kampinio momento pasiskirstymo vaizdą. Ir kaip paaiškės iš galutinių rezultatų, toks kampinio momento apibrėžimas taip pat suteikia gerą kiekybinę kampinio momento reikšmę (iki ženklo).
Bendras kampinis elektrono impulsas po skaitmeninės integracijos:

Kur L 1 Ir L 2 - Lame Gukuum koeficientai (elastingumo charakteristikos). Jie pateikiami nurodytoje svetainėje.
Kaip rodo analizė, ši formulė puikiai tinka žinomiems fiziniams rezultatams. Tačiau jos analizė yra per didelė, kad ją būtų galima paskelbti čia.

Teorinių ir eksperimentinių dalelių dydžių palyginimas.

Tam ir daroma ši procedūra. Jų žinomi eksperimentiniai sukiniai ir masės yra pakeičiami į rastas teorines formules, leidžiančias susieti dalelių dydžius, jų mases ir sukinius. Tada apskaičiuojami (pusiau) teoriniai dalelių dydžiai ir lyginami su žinomais eksperimentiniais. Pasirodė patogiau.
Įvedami žymėjimai: loki (0,0), (1,0) ir (1,1) yra atitinkamai elektronas, neutronas ir protonas.

Teorinės vertybės.

Koks santykis tarp kiekiųλ 0,0, λ 1,0, λ 1.1iki faktinio dalelių dydžio? Jei pažvelgsite į teorinius dalelių tankio pasiskirstymus (arba į elektronų modelį), pamatysite, kad jie pasiskirsto bangomis, mažėjant. Kiekvienos dalelės efektyvusis spindulys iki spindulio, apimančio didžiąją masės dalį (tai yra 3-4 tankio bangos), yra maždaug lygus:

R 0,0 ≈ 2,5 π vienetų q ;

R 1,0 ≈ 2 π vienetų q ;

R 1,1 ≈ 2 π vienetų q .

Kur h- įprasta, neperbraukta Plancko konstanta.
Tegul tas, kuris turi akis, mato: efektyvieji teoriniai spynų (0,0), (1,0) ir (1,1) spinduliai yra lygūs beveik lygiai pusei elektrono, neutrono ir protono Komptono bangos ilgio. Tai reiškia, kad dalelės Komptono bangos ilgis veikia kaip jos skersmuo.

Komptono bangos ilgis yra tiesinis dydis, o dalelės masė apibūdina dalelės tūrį, tai yra linijinį dydį kube. Kaip matote, formulėje masė yra vardiklyje. Dėl šios priežasties neturėtumėte per daug rimtai žiūrėti į šią formulę. Mūsų nuomone, teisingiau būtų imti dalelių dydį kaip vertę, proporcingą toliau nurodytai sumai:

Kur K– tam tikras proporcingumo koeficientas.
Iš pradžių protonas yra 12 kartų mažesnis (dydžiu) už elektroną ir lengvai telpa į centrinę elektrono skylę. Ir tada, kai elektronas sąveikauja su protonu, elektronas pakeičia savo būseną (protono lauke) ir pripučia dar 40 kartų, o tai nenuostabu.

Taip veikia vandenilio atomas (geltonas protonas pilkojo elektrono viduje).
Kaip žinoma iš oficialios fizikos, elektrono Komptono dydis(R kompt=1,21▪10 -10cm .) yra maždaug 40 kartų mažesnis už vandenilio atomo dydį (pirmasis Boro spindulys yra:R boras=0,53▪10 -8cm .). Tai akivaizdus prieštaravimas mūsų teorijai, kurį reikia pašalinti ir išsiaiškinti. Arba, kai susidaro vandenilis, elektronas (kaip bangų debesis) keičia formą ir išsitempia. Tuo pačiu metu jis apgaubia protoną. Arba turime persvarstyti, kas yra Boro spindulys ir kokia jo fizinė reikšmė. Fiziką dalelių dydžių atžvilgiu reikia visiškai peržiūrėti.