शास्त्रीय भौतिकशास्त्राचे नियम मायक्रोवर्ल्डचे वर्णन करतात. क्वांटम ऑप्टिक्स

क्वांटम भौतिकशास्त्र

क्वांटम भौतिकशास्त्र -भौतिकशास्त्राची एक शाखा जी मायक्रोवर्ल्डच्या वैशिष्ट्यपूर्ण घटनांचा अभ्यास करते, उदा. 10 -10 मीटर आणि त्यापेक्षा कमी आकारमान असलेल्या वस्तू. सूक्ष्म जगामध्ये घडणार्‍या घटनेची विशिष्टता प्रामुख्याने थेट अशक्यतेमध्ये असते, म्हणजे. इंद्रियांद्वारे (प्रामुख्याने दृष्टी) चालू असलेल्या प्रक्रियांबद्दल माहिती मिळवण्यासाठी. मायक्रोवर्ल्डच्या घटनेचे वर्णन करण्यासाठी, प्रायोगिकरित्या मोजलेल्या प्रमाणांवर आधारित मूलभूतपणे नवीन दृष्टिकोन आणि पद्धती आवश्यक आहेत.
क्वांटम फिजिक्सचा जन्म १९व्या शतकाच्या अगदी शेवटी भौतिकशास्त्रात विकसित झालेल्या नाट्यमय परिस्थितीने झाला. शास्त्रीय भौतिकशास्त्र समतोल रेडिएशनच्या स्पेक्ट्रमचे पुरेसे वर्णन करण्यास अक्षम आहे. त्या वेळी, थर्मल रेडिएशन समतल लहरींचा संच मानला जात असे आणि त्याचे सैद्धांतिक वर्णन प्रयोगाशी सुसंगत होते. तथापि, उच्च फ्रिक्वेन्सीवर अंदाजित रेडिएशन ऊर्जा घनता अनंतापर्यंत वाढली पाहिजे. या परिस्थितीला "अल्ट्राव्हायोलेट आपत्ती" असे म्हणतात.

परिस्थितीतून बाहेर पडण्याचा एक अनपेक्षित मार्ग जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ मॅक्स प्लँक (मॅक्स कार्ल अर्न्स्ट लुडविग प्लँक) यांनी मांडला होता. त्याची कल्पना अशी होती की रेडिएशन वेगळ्या क्वांटामध्ये होते आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हची उर्जा अनियंत्रित असू शकत नाही, जसे शास्त्रीय भौतिकशास्त्रात मानले जाते, परंतु विशिष्ट मूल्ये एच (6.63 10 -34 च्या बरोबरीने) च्या प्रमाणात असणे आवश्यक आहे. J s), ज्याला नंतर नाव देण्यात आले प्लँकचे स्थिर. मग एकूण ऊर्जेची घनता यापुढे सतत मूल्य मानली जाऊ शकत नाही, परंतु त्यात अनेक उर्जेचे भाग (क्वांटा) असतात, ज्याची बेरीज शास्त्रीय गृहीतकांप्रमाणे जास्त असू शकत नाही. रेडिएशन डेन्सिटी आणि "अल्ट्राव्हायोलेट आपत्ती" ची समस्या यशस्वीरित्या सोडवली गेली. 1918 मध्ये एनर्जी क्वांटमच्या शोधासाठी, मॅक्स प्लँक यांना नोबेल पारितोषिक देण्यात आले.
क्वांटमच्या परिचयामुळे विज्ञानाला भेडसावणाऱ्या इतर अनेक समस्यांचे निराकरण करणे शक्य झाले. प्लँकच्या ऊर्जेच्या परिमाणाची कल्पना वापरून, 1905 मध्ये अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव समीकरण E = hν + W काढले, जेथे E इलेक्ट्रॉनची गतिज ऊर्जा आहे, ν ही इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनची वारंवारता आहे, h प्लँकचा स्थिरांक आहे आणि W. दिलेल्या पदार्थासाठी इलेक्ट्रॉन कार्य कार्य आहे. या प्रकरणात सर्वात महत्वाची उपलब्धी म्हणजे विद्युत चुंबकीय किरणोत्सर्गाच्या उर्जेचा किरणोत्सर्गाच्या वारंवारता (किंवा तरंगलांबी) कार्य म्हणून परिचय होता, ज्यामुळे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह स्केलची त्यानंतरची निर्मिती झाली.
क्वांटमच्या कल्पनेमुळे सूक्ष्म जगामध्ये घडणाऱ्या घटनांच्या वेगळ्या स्वरूपाचा निष्कर्ष काढला गेला, ज्याचा उपयोग नंतर अणू आणि अणू केंद्रकांच्या ऊर्जा पातळीच्या अभ्यासात केला गेला.

त्यांच्या ऊर्जेवर विविध प्रकारच्या कणांच्या तरंगलांबीचे अवलंबन
(आण्विक एकके − MeV = 1.6·10 -13 J, fm = 10 -15 m)

मायक्रोवर्ल्डच्या घटनेच्या विवेचनाचा आणखी एक महत्त्वाचा परिणाम म्हणजे वेव्ह-पार्टिकल ड्युएलिटीच्या सार्वत्रिकतेचा लुईस डी ब्रॉग्ली (1929) यांनी शोध लावला. मायक्रोवर्ल्डच्या वस्तूंमध्ये लहरी आणि कॉर्पस्क्युलर स्वभाव दोन्ही असतात. यामुळे केवळ पदार्थांसह कणांच्या परस्परसंवादाशी संबंधित अनेक घटना स्पष्ट करणे शक्य झाले नाही (उदाहरणार्थ, कणांचे विवर्तन), परंतु कणांवर प्रभाव टाकण्यासाठी रेडिएशन वापरण्याच्या पद्धती देखील विकसित करणे शक्य झाले, ज्यामुळे मुख्य आधुनिकची निर्मिती झाली. पदार्थाचा अभ्यास करण्याचे साधन - प्रवेगक.
20 व्या शतकाच्या 20 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, क्वांटम घटनेचे वर्णन करण्यासाठी एक सैद्धांतिक उपकरण तयार केले गेले - क्वांटम यांत्रिकी. त्याच्या निर्मितीमध्ये सर्वात महत्त्वपूर्ण योगदान वर्नर हायझेनबर्ग, एर्विन श्रोडिंगर, नील्स बोहर, पॉल डिराक, वुल्फगँग पॉली, मॅक्स बॉर्न आणि इतरांनी केले.
क्वांटम मेकॅनिक्स हा आधुनिक भौतिकशास्त्राचा एक वेगळा, सु-विकसित भाग आहे. त्याच्या सखोल आत्मसात करण्यासाठी, चांगले गणिती प्रशिक्षण आवश्यक आहे, जे अनेक विद्यापीठांमध्ये भौतिकशास्त्र अभ्यासक्रमाच्या व्याप्तीच्या पलीकडे जाते. तथापि, क्वांटम मेकॅनिक्सच्या मूलभूत संकल्पनांचे स्पष्टीकरण इतके अवघड नाही. या मूलभूत संकल्पनांमध्ये, सर्व प्रथम, परिमाणीकरणाचा भौतिक अर्थ, अनिश्चितता तत्त्व आणि लहरी कार्य यांचा समावेश होतो.
सूक्ष्म विश्वातील अवस्थेचा भौतिक अर्थ, सर्वप्रथम, प्लँकच्या स्थिरतेच्या भौतिक अर्थाशी संबंधित आहे. त्याच्या आकाराची लहानपणा निश्चित करते परस्परसंवादाचे प्रमाणसूक्ष्म जगामध्ये. खरंच, मॅक्रोवर्ल्ड आणि शास्त्रीय संकल्पनांकडे जाताना, प्लँकच्या स्थिरांक सारख्या प्रमाण नगण्यपणे लहान होतात आणि बहुतेक प्रकरणांमध्ये आपण त्यांना शून्य मानतो. या प्रकरणात, मर्यादेपर्यंत तथाकथित रस्ता उद्भवतो, म्हणजे. शास्त्रीय भौतिकशास्त्राची तत्त्वे क्वांटम फिजिक्सची एक अत्यंत आवृत्ती मानली जाऊ शकतात, जेव्हा मायक्रोवर्ल्डच्या स्केलवर मॅक्रो ऑब्जेक्ट्सचे वस्तुमान, आकार आणि इतर पॅरामीटर्स, मायक्रोवर्ल्डमध्ये महत्त्वपूर्ण असलेल्या परस्परसंवाद शून्यावर कमी करतात. म्हणून, आपण असे म्हणू शकतो की प्लँकचा स्थिरांक हा सूक्ष्म आणि मॅक्रो जगाच्या घटनांमधील जोडणारा दुवा आहे.
सूक्ष्म जगतातील राज्यांच्या विवेकाच्या उदाहरणामध्ये हे विशेषतः चांगले पाहिले जाऊ शकते. उदाहरणार्थ, अणूच्या ऊर्जा अवस्थांमधील फरक हा इलेक्ट्रॉनव्होल्टचा दहावा भाग असू शकतो (सूक्ष्म विश्वाचे ऊर्जा एकक 1.6·10 -19 J च्या बरोबरीचे). हे लक्षात ठेवण्यासाठी पुरेसे आहे की एक ग्लास पाणी उकळण्यासाठी दहा किलोज्युल लागतात आणि हे स्पष्ट होते की शास्त्रीय भौतिकशास्त्राच्या दृष्टिकोनातून, अशा प्रकारची विवेकबुद्धी पूर्णपणे अगोचर आहे! म्हणूनच आपण अणू आणि अणू केंद्रकांमध्ये घडणाऱ्या त्या घटनांच्या दीर्घकालीन आणि सातत्याने पुष्टी झालेल्या विवेचन असूनही आपल्या सभोवतालच्या प्रक्रियांच्या सातत्य बद्दल बोलू शकतो.
त्याच कारणास्तव, मायक्रोवर्ल्ड भौतिकशास्त्राचे असे मूलभूत तत्त्व अनिश्चितता तत्त्व 1927 मध्ये डब्ल्यू. हायझेनबर्ग यांनी प्रस्तावित केले होते
खालील आकृती मायक्रोवर्ल्डमध्ये अनिश्चिततेचे तत्त्व आणि मॅक्रोवर्ल्डमध्ये या गरजेची अनुपस्थिती ओळखण्याची गरज स्पष्ट करते.

खरंच, मॅक्रो-ऑब्जेक्ट (पुतळा) वर बाह्य स्रोत (प्रकाश) च्या प्रभावाची डिग्री त्याच्या पॅरामीटर्सशी अतुलनीय आहे (उदाहरणार्थ, वस्तुमान समतुल्य उर्जेमध्ये रूपांतरित होते). घटना प्रकाश फोटॉन कसा करू शकतो याबद्दल बोलण्यात काही अर्थ नाही. उदाहरणार्थ, अंतराळातील पुतळ्याच्या समन्वयावर परिणाम करा.
जेव्हा एखादी सूक्ष्म वस्तू प्रभावाची वस्तू बनते तेव्हा ही दुसरी बाब आहे. अणूमधील इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा दहापट (क्वचित जास्त) इलेक्ट्रॉन व्होल्ट असते आणि प्रभावाची डिग्री या ऊर्जेशी अगदी सुसंगत असते. अशा प्रकारे, प्रयत्न करताना अचूक मोजमाप करामायक्रोऑब्जेक्टचे कोणतेही पॅरामीटर (ऊर्जा, गती, समन्वय), आम्हाला या वस्तुस्थितीचा सामना करावा लागेल की मापन प्रक्रिया स्वतःच मोजलेले मापदंड बदलेल आणि खूप जोरदारपणे. मग हे मान्य करणे आवश्यक आहे की सूक्ष्म जगामध्ये कोणत्याही मोजमापाने आपण कधीही अचूक मोजमाप करू शकणार नाही - नेहमीसिस्टमचे मूलभूत पॅरामीटर्स निर्धारित करण्यात त्रुटी असेल. अनिश्चिततेच्या तत्त्वामध्ये फॉर्ममध्ये गणितीय अभिव्यक्ती असते अनिश्चितता संबंध, उदाहरणार्थ ΔpΔx ≈ ћ, जेथे Δp ही संवेग निश्चित करण्यासाठी अनिश्चितता आहे आणि Δx ही प्रणालीचे निर्देशांक निश्चित करण्यासाठी अनिश्चितता आहे. लक्षात घ्या की उजवीकडील प्लँकचा स्थिरांक अनिश्चिततेच्या तत्त्वाच्या लागू होण्याच्या मर्यादा दर्शवितो, कारण मॅक्रोकोझममध्ये आपण सुरक्षितपणे शून्याने बदलू शकतो आणि कोणत्याही प्रमाणांचे अचूक मोजमाप करू शकतो. अनिश्चिततेचे तत्त्व या निष्कर्षापर्यंत पोहोचते की सिस्टमचे कोणतेही पॅरामीटर अचूकपणे सेट करणे अशक्य आहे; उदाहरणार्थ, स्पेसमधील कणाच्या अचूक स्थानाबद्दल बोलण्यात काहीच अर्थ नाही. या संदर्भात, हे लक्षात घेतले पाहिजे की न्यूक्लियसभोवती दिलेल्या कक्षांमध्ये फिरत असलेल्या इलेक्ट्रॉन्सचा संग्रह म्हणून अणूचे व्यापक प्रतिनिधित्व हे केवळ आसपासच्या जगाच्या मानवी धारणाला श्रद्धांजली आहे, ज्यामध्ये काही प्रकारच्या दृश्य प्रतिमा असणे आवश्यक आहे. स्वतः समोर. प्रत्यक्षात, अणूमध्ये कोणतेही स्पष्ट मार्ग नाहीत - परिभ्रमण.
तथापि, कोणीही प्रश्न विचारू शकतो - ऊर्जा, गती, परस्परसंवाद (किंवा अस्तित्व) वेळ, समन्वय यासारख्या पॅरामीटर्स परिभाषित केल्या नसल्यास मायक्रोवर्ल्डमधील सिस्टमचे मुख्य वैशिष्ट्य काय आहे? असे सार्वत्रिक प्रमाण आहे वेव्ह फंक्शनक्वांटम प्रणाली.
वेव्ह फंक्शन ψ, मॅक्स बॉर्नने क्वांटम सिस्टीमची वैशिष्ट्ये निर्धारित करण्यासाठी सादर केले, त्याचा एक जटिल भौतिक अर्थ आहे. आणखी एक प्रमाण जे अधिक स्पष्ट आहे ते म्हणजे वेव्ह फंक्शनचे वर्ग मॉड्यूलस |ψ| 2. हे मूल्य निश्चित करते, उदाहरणार्थ, संभाव्यताक्वांटम सिस्टीम दिलेल्या वेळेत असते. सर्वसाधारणपणे, संभाव्य तत्त्व हे मायक्रोवर्ल्डच्या भौतिकशास्त्रात मूलभूत आहे. कोणतीही चालू प्रक्रिया प्रामुख्याने विशिष्ट वैशिष्ट्यांसह त्याच्या घटनेच्या संभाव्यतेद्वारे दर्शविली जाते.
वेगवेगळ्या प्रणालींसाठी वेव्ह फंक्शन वेगळे असते. वेव्ह फंक्शनच्या ज्ञानाव्यतिरिक्त, सिस्टमचे अचूक वर्णन करण्यासाठी, इतर पॅरामीटर्सबद्दल माहिती देखील आवश्यक आहे, उदाहरणार्थ, सिस्टम ज्या फील्डमध्ये आहे आणि ज्याशी ती संवाद साधते त्या फील्डची वैशिष्ट्ये. अशा प्रणालींचा अभ्यास हे क्वांटम मेकॅनिक्सच्या कार्यांपैकी एक आहे. खरं तर, क्वांटम फिजिक्स ही एक भाषा बनवते ज्याद्वारे आपण आपल्या प्रयोगांचे वर्णन करतो आणि शास्त्रीय सिद्धांतापेक्षा अधिक सामान्य मायक्रोवर्ल्डचा अभ्यास करतो. त्याच वेळी, हे समजून घेणे महत्त्वाचे आहे की क्वांटम भौतिकशास्त्र शास्त्रीय भौतिकशास्त्र रद्द करत नाही, परंतु ते मर्यादित प्रकरण म्हणून समाविष्ट करते. सूक्ष्म वस्तूंपासून सामान्य मॅक्रोस्कोपिक वस्तूंकडे जाताना, त्याचे नियम शास्त्रीय बनतात आणि अशा प्रकारे, क्वांटम भौतिकशास्त्र शास्त्रीय भौतिकशास्त्राच्या लागू होण्याच्या मर्यादा सेट करते. शास्त्रीय भौतिकशास्त्र ते क्वांटम भौतिकशास्त्रातील संक्रमण हे पदार्थाच्या विचाराच्या सखोल स्तरावरील संक्रमण आहे.
सूक्ष्म जगामध्ये होणार्‍या प्रक्रियांचा संदर्भ अशा घटनांचा आहे जो संवेदनात्मक आकलनाच्या मर्यादेच्या पलीकडे असतो. म्हणून, क्वांटम सिद्धांत ज्या संकल्पना चालवतात आणि ज्या घटनांचा विचार केला जातो त्या बहुतेक वेळा स्पष्टतेशिवाय असतात. , शास्त्रीय भौतिकशास्त्रात अंतर्भूत. क्वांटम सिद्धांताच्या विकासासह, कण आणि लहरी, स्वतंत्र आणि निरंतर, सांख्यिकीय (संभाव्यतावादी) आणि गतिमान वर्णनांबद्दल अशा स्पष्ट आणि परिचित कल्पना सुधारल्या गेल्या. क्वांटम भौतिकशास्त्र हे जगाचे आधुनिक भौतिक चित्र तयार करण्यासाठी सर्वात महत्त्वाचे पाऊल बनले आहे. अणू आणि अणु केंद्रकांमध्ये घडणाऱ्या प्रक्रियांपासून ते घन पदार्थांमधील मॅक्रोस्कोपिक प्रभावांपर्यंत मोठ्या संख्येने वेगवेगळ्या घटनांचा अंदाज लावणे आणि स्पष्ट करणे शक्य झाले; त्याशिवाय विश्वाची उत्पत्ती समजून घेणे अशक्य आहे, जसे आता दिसते आहे. क्वांटम भौतिकशास्त्राची श्रेणी विस्तृत आहे - प्राथमिक कणांपासून वैश्विक वस्तूंपर्यंत. क्वांटम फिजिक्सशिवाय केवळ नैसर्गिक विज्ञानच नाही तर आधुनिक तंत्रज्ञानाचीही कल्पना करता येत नाही.

अणु भौतिकशास्त्र

1885 मध्ये, जे.जे. थॉमसन यांनी इलेक्ट्रॉनचा शोध लावला, जी सूक्ष्म जगतातील पहिली वस्तू आहे. विज्ञानाच्या नवीन शाखेच्या उदयासाठी सुरुवात केली गेली - अणु भौतिकशास्त्र. आधीच 20 व्या शतकाच्या सुरूवातीस, अणूच्या संरचनेची अनेक मॉडेल्स होती, त्यापैकी सर्वात प्रसिद्ध जे जे थॉमसनचे होते. या मॉडेलच्या आधारे, अणू हा एक लहान व्हॉल्यूममध्ये स्थानिकीकृत एक सकारात्मक चार्ज होता, ज्यामध्ये, कपकेकमध्ये मनुका प्रमाणे, इलेक्ट्रॉन होते. या मॉडेलने अनेक निरीक्षण केलेल्या प्रभावांचे स्पष्टीकरण दिले, परंतु इतरांना, विशेषतः, रेषा अणू स्पेक्ट्राचे स्वरूप स्पष्ट करण्यात अक्षम. 1911 मध्ये, थॉमसनचे देशबांधव अर्नेस्ट रदरफोर्ड यांनी अणूच्या संरचनेबद्दलच्या प्रश्नाचे उत्तर देण्याचा प्रयत्न केला.
प्रायोगिक रचना सोपी होती - एक स्रोत, हेलियम केंद्रक उत्सर्जित करणारा किरणोत्सर्गी पदार्थ, लीड ब्लॉकमध्ये ठेवलेला होता. चार्ज केलेले कण सोन्याच्या पातळ फॉइलमधून गेले आणि सोन्याच्या अणूंशी संवाद साधून विखुरले गेले. विखुरलेले कण नंतर एका पदार्थाने लेपित स्क्रीनवर आदळले ज्यामध्ये ते सिंटिलेशन (फ्लेअर्स) होतात. कल्पना अशी होती की जर थॉमसनचे अणूचे मॉडेल योग्य असेल तर, परस्परसंवाद कणांच्या मार्गावर सर्व कोनांमध्ये अंदाजे समान रीतीने होईल. खरंच, बहुतेक कण स्क्रीनवर आदळतात, फॉइल सामग्रीशी कमकुवतपणे संवाद साधतात. परंतु एका लहान भागाला (एक हजारांपैकी सुमारे 8 कण) पाठीमागे मजबूत विखुरलेले अनुभव आले, जणू काही अणूच्या मध्यभागी केंद्रित असलेल्या चार्जशी टक्कर होत आहे. असंख्य प्रयोगांनंतर, रदरफोर्डने निष्कर्ष काढला की थॉमसनचे मॉडेल चुकीचे आहे. त्याने एक मॉडेल प्रस्तावित केले, ज्याला नंतर ग्रह म्हणतात. मध्यभागी, लहान व्हॉल्यूममध्ये, सर्व सकारात्मक शुल्क (न्यूक्लियस) केंद्रित आहे, इलेक्ट्रॉन त्याच्याभोवती स्थित आहेत.

रदरफोर्डचे मॉडेल चांगले होते, परंतु तरीही त्याने अनेक प्रश्नांची उत्तरे दिली नाहीत. उदाहरणार्थ, अणु विकिरण (ल्युमिनेसेन्स) कसे होते? कोणत्या परिस्थितीत अणू वेगवेगळे प्रकाश फोटॉन उत्सर्जित करतात? हे कशावर अवलंबून आहे? अणूंचे उत्सर्जन त्यांच्यातील इलेक्ट्रॉनच्या वर्तनाशी संबंधित आहे का? या प्रश्नांची उत्तरे दोन वर्षांनंतर उत्कृष्ट डॅनिश भौतिकशास्त्रज्ञ नील्स हेन्रिक डेव्हिड बोहर यांनी दिली.

डॅनिश 500 क्रोनर नोटेवर एन. बोहरची प्रतिमा.

बोहरने ग्रहांचे मॉडेल विकसित केले आणि असे सुचवले की अणूमधील प्रत्येक इलेक्ट्रॉनची काही निश्चित ऊर्जा स्थिती असते (ज्याचे वर्णन इलेक्ट्रॉन काही कक्षेत असते असे अगदी ढोबळपणे केले जाऊ शकते) अणू सर्वात कमी ऊर्जा स्थितीत असताना, तो विकिरण करू शकत नाही. बाहेरून ऊर्जा प्राप्त करताना, इलेक्ट्रॉन त्यांची ऊर्जा स्थिती बदलू शकतात (दुसऱ्या कक्षाकडे जाऊ शकतात) किंवा अणू सोडू शकतात (आयनीकरण). त्याच्या जागी (किंवा त्याच्या कक्षाकडे) परत येताना, वैशिष्ट्यपूर्ण किरणोत्सर्गाच्या (कोणत्याही उर्जेसह फोटॉन) अतिरिक्त ऊर्जा सोडली जाते. "बोहरच्या मते" अणूने पहिल्या अणु मॉडेलच्या निर्मितीनंतर उद्भवलेल्या सर्व प्रश्नांची उत्तरे दिली. अणूंच्या प्रायोगिक अभ्यासाने बोहर मॉडेलची यशस्वीपणे पुष्टी केली आणि तसे, अणूमधील उर्जेच्या स्वतंत्रतेबद्दल क्वांटम अंदाज. 1922 मध्ये, नील्स बोहर यांना अणूंची रचना आणि त्यांच्या किरणोत्सर्गावर केलेल्या कामासाठी नोबेल पारितोषिक देण्यात आले.
आधीच गेल्या शतकाच्या 20 च्या दशकात, अणूचा चांगला अभ्यास केला गेला होता. अणूचे घटक - न्यूक्लियस आणि इलेक्ट्रॉन - यांच्यातील संबंध सुप्रसिद्ध कौलॉम्ब संभाव्यतेमुळे केले गेले या वस्तुस्थितीमुळे हे यश देखील सुलभ झाले. 20 च्या दशकाच्या शेवटी, एक क्वांटम सिद्धांत उद्भवला, ज्यामध्ये अनेक अणू आणि त्यांच्या वर्तनाचे स्वरूप वर्णन केले गेले.
अणू हे 10 -10 मीटरच्या क्रमाने वैशिष्ट्यपूर्ण परिमाणांसह विद्युतदृष्ट्या तटस्थ क्वांटम प्रणाली आहेत. प्रत्येक अणूमध्ये एक केंद्रक असतो ज्यामध्ये अणूचा सकारात्मक चार्ज केंद्रित असतो आणि अणूचे जवळजवळ संपूर्ण (99.9% पेक्षा जास्त) वस्तुमान केंद्रित असते. नकारात्मक शुल्क इलेक्ट्रॉन्समध्ये वितरीत केले जाते, त्यांची संख्या न्यूक्लियसमधील सकारात्मक चार्ज केलेल्या परमाणु कणांच्या (प्रोटॉन) संख्येइतकी असते. जेव्हा एखादी विशिष्ट ऊर्जा, ज्याला आयनीकरण ऊर्जा म्हणतात, अणूवर लागू केली जाते, तेव्हा एक इलेक्ट्रॉन अणू सोडतो. उर्वरित धनभारित भाग म्हणतात आयन, आणि ही प्रक्रिया आयनीकरण आहे. उलट प्रक्रियेला पुनर्संयोजन म्हणतात आणि पुनर्संयोजनापूर्वी आणि नंतर अणूच्या उर्जेतील फरकाशी संबंधित उर्जेसह फोटॉनचे उत्सर्जन होते.

आयनीकरण ही एक प्रक्रिया आहे जी आपल्या सभोवताली सतत घडते. आयनीकरणाचे स्त्रोत म्हणजे वैश्विक विकिरण, विविध उपकरणे आणि उपकरणे आणि किरणोत्सर्गी स्रोत.
अणूंच्या वर वर्णन केलेल्या गुणधर्मांवर आधारित, मोठ्या संख्येने तांत्रिक उपकरणे कार्य करतात. फ्लोरोसेंट दिवे हे एक उदाहरण आपण दररोज पाहतो. आयनांच्या पुनर्संयोजनामुळे निर्माण होणारी ही वायूची चमक आहे ज्यामुळे या उपकरणांमध्ये प्रकाश उत्सर्जन होतो.
गेल्या शतकाच्या 50 च्या दशकात, अनेक अणूंमधून फोटॉनच्या उत्तेजित उत्सर्जनाच्या गुणधर्मांचा अभ्यास केल्यामुळे, ऑप्टिकल रेडिएशनचे एम्पलीफायर - लेसर - विकसित केले गेले. (संक्षेप पासून रेडिएशनच्या उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे प्रकाश प्रवर्धन −उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे प्रकाश प्रवर्धन). लेसर हे आर्किमिडीजच्या पौराणिक मिरर शील्ड्ससारखे ऑप्टिकल उपकरण नाही, परंतु एक क्वांटम उपकरण आहे जे ऑप्टिकलपणे रेडिएशन वाढविण्यासाठी अणू पातळीच्या संरचनेचा वापर करते. लेसरचा मुख्य फायदा म्हणजे उच्च मोनोक्रोमॅटिकिटी (म्हणजे सर्व उत्सर्जित फोटॉन्सची तरंगलांबी जवळजवळ सारखीच असते) तो निर्माण करतो. या कारणास्तव लेसर सध्या मोठ्या प्रमाणावर औद्योगिक आणि ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स आणि तंत्रज्ञान, औषध आणि इतर क्षेत्रात वापरले जातात.

अणु केंद्रकांचे भौतिकशास्त्र

1911 मध्ये, अर्नेस्ट रदरफोर्ड यांनी अणूचे त्यांचे मॉडेल प्रस्तावित केले, ज्याच्या मध्यभागी अंदाजे 10 -15 − 10 -14 मीटर परिमाण असलेली एक वस्तू होती, ज्यामध्ये अणूचे जवळजवळ संपूर्ण वस्तुमान होते. या वस्तूला नाव देण्यात आले अणु केंद्रक. तथापि, हे आश्चर्यकारक नाही की अणु केंद्रकाचा अभ्यास 19 व्या शतकाच्या अखेरीस फार पूर्वीपासून सुरू झाला. खरे आहे, त्या वेळी अणू केंद्रकांचे गुणधर्म अणूंना दिले गेले होते ज्यांची रचना तंतोतंत अज्ञात होती.

IN 1896 एंटोइन बेकरेल, काही जड धातूंच्या अणूंच्या किरणोत्सर्गाचा अभ्यास करून, या निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की त्यांच्याद्वारे उत्सर्जित होणारे कण, प्रकाशाच्या विपरीत, घन पदार्थांमध्ये प्रवेश करतात. 3 वर्षांनंतर, किरणोत्सर्गी पदार्थांवर सतत प्रयोग करत असताना, अर्नेस्ट रदरफोर्डने युरेनियम धातूला चुंबकीय क्षेत्रात ठेवले आणि असे आढळले की प्राथमिक बीमचे 3 भाग झाले, एक प्रकारचे कण चुंबकाच्या उत्तर ध्रुवाकडे विचलित झाले, दुसरा - दक्षिणेकडे, आणि तिसरा बदल न करता उत्तीर्ण झाला. या रेडिएशनचे स्वरूप अद्याप माहित नसल्यामुळे, रदरफोर्ड यांनी त्यांचे नाव ग्रीक वर्णमाला - α, β आणि γ च्या पहिल्या तीन अक्षरांवर ठेवले. बेकरेल आणि रदरफोर्ड व्यतिरिक्त, समान अभ्यास क्युरी जोडीदार पियरे आणि मेरी (स्कोलोडोस्का-क्यूरी) यांनी देखील केले होते. मेरी क्युरीने अणु केंद्रकातील किरणोत्सर्गीतेच्या अभ्यासात मोठे योगदान दिले, मेटलिक रेडियम मिळवणारी ती पहिली होती आणि प्रायोगिक आण्विक भौतिकशास्त्र तयार करणाऱ्या शास्त्रज्ञांपैकी ती होती. दोन नोबेल पारितोषिके (रसायनशास्त्र आणि भौतिकशास्त्रात) मिळालेल्या त्या एकमेव महिला शास्त्रज्ञ आहेत.
तथापि, अणु केंद्रकाच्या भौतिकशास्त्राच्या विकासात खरी प्रगती क्वांटम मेकॅनिक्सच्या निर्मितीनंतर झाली. अखेर, 1911-13 नंतर. रदरफोर्ड आणि बोहर यांनी अणूची रचना शोधली, प्रश्न उद्भवला - अणू केंद्रकांची रचना काय आहे? रदरफोर्डने 1918-21 मध्ये आयोजित करून उत्तर देण्याचा प्रयत्न केला. प्रकाश अणू केंद्रक अभ्यासावर प्रयोग. त्यांनीच 1919 मध्ये पहिल्यांदा ही कारवाई केली आण्विक प्रतिक्रियाआणि उघडले प्रोटॉन

14 N + 4 He → 17 O + p

नायट्रोजन, हेलियम न्यूक्ली (α-कण) शी संवाद साधून ऑक्सिजन आणि हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित झाले. खरं तर, मध्ययुगीन किमयागारांनी जे स्वप्न पाहिले ते साध्य करणारे रदरफोर्ड हे पहिले होते - एका पदार्थाचे दुसर्‍या पदार्थात रूपांतर.

न्यूक्लियसमधून प्रोटॉनच्या उत्सर्जनाने न्यूक्लियसमध्ये प्रोटॉनच्या उपस्थितीच्या कल्पनेची पुष्टी केली. त्याच वेळी, हे स्पष्ट झाले की न्यूक्लीयचे वस्तुमान त्यामध्ये प्रोटॉनच्या आवश्यक संख्येपेक्षा जास्त आहे. मग न्यूक्लियसच्या प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन मॉडेलबद्दल कल्पना निर्माण झाली, न्यूक्लियसमधील इलेक्ट्रॉन्सने तेथे असलेल्या काही प्रोटॉनच्या चार्जची भरपाई केली, जसे ते म्हणतात, "वजनासाठी."
क्वांटम मेकॅनिक्सच्या यशामुळे लवकरच न्यूक्लियसमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या अस्तित्वाची शक्यता संशयास्पद होती - अनिश्चिततेच्या तत्त्वानुसार, न्यूक्लियसमध्ये ठेवलेल्या इलेक्ट्रॉनमध्ये खूप जास्त ऊर्जा असणे आवश्यक आहे आणि ते तेथे ठेवू शकत नाही. . 1931 मध्ये, हायझेनबर्ग, इव्हानेन्को आणि माजोराना यांनी एकमेकांपासून स्वतंत्रपणे, "तटस्थ प्रोटॉन" - अणू केंद्रकात चार्ज नसलेला एक जड कण - ही कल्पना मांडली. अंतिम स्पष्टता 1932 मध्ये आली, जेव्हा जेम्स चॅडविकने शोध लावला न्यूट्रॉन- प्रोटॉनच्या वस्तुमानाच्या जवळपास समान वस्तुमान असलेला एक तटस्थ कण. अशा प्रकारे, आधुनिक प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडेलअणु केंद्रक.
अणु केंद्रकाच्या आपल्या ज्ञानातील मुख्य कमतरता म्हणजे अचूक स्वरूपाचा अभाव आण्विक क्षमता, जे न्यूक्लिओन्स बांधतात. न्यूक्लियसचा संपूर्ण सिद्धांत तयार करण्याच्या समस्येचे निराकरण करणे हे आण्विक भौतिकशास्त्रात सर्वात महत्वाचे आहे. त्याच वेळी, आपल्याला अणू केंद्रकांच्या संरचनेबद्दल बरेच काही माहित आहे.
अणु केंद्रक 10 -15 मीटरच्या परिमाणांसह एक वस्तू आहे, ज्यामध्ये दोन प्रकारचे कण असतात - प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन. त्यांचे वस्तुमान अंदाजे 1.7·10 -27 किलो आहे आणि न्यूट्रॉन प्रोटॉनपेक्षा 0.14% जास्त जड आहे. गुणधर्मांमधील समानतेमुळे (चार्जची उपस्थिती वगळता), दोन्ही कणांना अनेकदा "" हा शब्द म्हणतात. न्यूक्लिओन».
सध्या, अंदाजे 3,400 अणु केंद्रके ज्ञात आहेत. त्यापैकी 330 स्थिर आहेत, बाकीचे उत्स्फूर्तपणे इतर केंद्रकांमध्ये (रेडिओएक्टिव्ह) अल्पावधीत रूपांतरित होऊ शकतात. ज्या न्यूक्लीयमध्ये प्रोटॉनची संख्या समान असते परंतु न्यूट्रॉनची संख्या भिन्न असते समस्थानिकसमान घटक. उदाहरणार्थ, हायड्रोजनमध्ये तीन समस्थानिक आहेत - स्वतः हायड्रोजन, ड्यूटेरियम आणि रेडिओएक्टिव्ह ट्रिटियम. परंतु टिनमध्ये 30 पेक्षा जास्त समस्थानिक आहेत, त्यापैकी बहुतेक किरणोत्सर्गी आहेत.
अणु न्यूक्लियस ही एक क्वांटम प्रणाली आहे जी क्वांटम भौतिकशास्त्राच्या नियमांचे पालन करते. अणु न्यूक्लियसमध्ये एक स्वतंत्र ऊर्जा रचना असते. हे खरे आहे की, त्यात अणूप्रमाणे "ग्रहांची" रचना नाही, परंतु न्यूक्लिओन्सची भिन्न ऊर्जा स्थाने देखील आहेत, ज्याला ऊर्जा पातळी म्हणतात. ऊर्जेचा काही भाग प्राप्त करताना, न्यूक्लियसमधील न्यूक्लिओन्स उच्च उर्जा स्थितीकडे जातात आणि जेव्हा परत येतात तेव्हा ते लहान तरंगलांबीसह फोटॉनच्या स्वरूपात ऊर्जा उत्सर्जित करतात. अशा आण्विक फोटॉनला सहसा γ म्हणतात - क्वांटा. उर्जेवर पोहोचल्यावर म्हणतात न्यूक्लिओन पृथक्करण ऊर्जा, न्यूक्लियस त्याची रचना आणि गुणधर्म बदलून न्यूक्लिओन बाहेर काढू शकतो. न्यूक्लियसमधील विविध प्रकारच्या न्यूक्लिओन्सची संख्या आणि त्यांची ऊर्जा स्थिती अणू केंद्रकांचे गुणधर्म आणि अधिक मूलभूत वैशिष्ट्ये निर्धारित करतात. उदाहरणार्थ, विश्वातील घटकांची विपुलता अणू केंद्रकांच्या क्वांटम वैशिष्ट्यांद्वारे अचूकपणे स्पष्ट केली आहे.
जेव्हा न्यूक्लिओन्स न्यूक्लीयमध्ये एकत्र होतात, तेव्हा एक मनोरंजक परिणाम दिसून येतो - परिणामी न्यूक्लियसचे वस्तुमान त्याच्या घटक न्यूक्लिओन्सच्या वस्तुमानापेक्षा किंचित (सुमारे 1%) कमी होते. न्यूक्लियसचे वस्तुमान आणि न्यूक्लियसचे वस्तुमान यांच्यातील फरक न्यूक्लियसमधील न्यूक्लिओन्सच्या बंधनास कारणीभूत ठरतो आणि म्हणून त्याला म्हणतात बांधणारी उर्जा

E св = ZМ p с 2 + (A-Z)М n с2 − М i с 2,

जेथे Z हा अणुभार आहे, A आहे वस्तुमान संख्या(न्यूक्लियसमधील न्यूक्लिओन्सची संख्या)

बंधनकारक ऊर्जा ही एक अत्यंत महत्त्वाची मात्रा आहे, जी न्यूक्लीचे अनेक गुणधर्म देखील निर्धारित करते. तितकेच महत्त्वाचे प्रमाण आहे विशिष्ट बंधनकारक ऊर्जा, म्हणजे बंधनकारक ऊर्जेचे न्यूक्लिओन्सच्या संख्येचे गुणोत्तर

न्यूक्लिओन्सच्या संख्येवर विशिष्ट बंधनकारक ऊर्जेचे अवलंबन

हे लक्षात घेतले जाऊ शकते की 56 Fe न्यूक्लियसच्या प्रदेशात या अवलंबनाची स्पष्ट कमाल आहे (म्हणूनच त्याला "लोह कमाल" देखील म्हटले जाते). ही परिस्थिती, अतिशयोक्तीशिवाय, प्रचंड व्यावहारिक महत्त्व आहे.

मागील शतकाच्या 30 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, जड केंद्रकांच्या अभ्यासादरम्यान, विशिष्ट बंधनकारक उर्जेमध्ये हळूहळू घट होण्याचा एक नमुना स्थापित केला गेला. परिणामी, हे मूल्य जसजसे कमी होत जाते, तसतसे गाभा अधिक अस्थिर आणि "सैल" होतो. याव्यतिरिक्त, एका विशिष्ट प्रभावाखाली, ते न्यूक्लिओन्स बाहेर टाकण्यास सुरवात करू शकते किंवा अगदी वेगळे पडू शकते. 1939 मध्ये, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ ओटो हॅन आणि फ्रिट्झ स्ट्रासमन यांनी, थर्मल न्यूट्रॉनसह युरेनियम क्षारांचे विकिरण करून, प्रतिक्रिया उत्पादनांमध्ये बेरियम शोधला. याचा अर्थ असा होतो की फारच कमी प्रभावाखाली (थर्मल न्यूट्रॉनची ऊर्जा खोलीच्या तपमानावर गॅस रेणूंच्या उर्जेशी संबंधित असते), युरेनियम समस्थानिकांपैकी एक विभाजित करण्यास सक्षम आहे. तथापि, मुख्य गोष्ट ही नव्हती, परंतु वस्तुस्थिती अशी होती की, वरील आकृतीवरून खालीलप्रमाणे, परिणामी तुकड्याच्या केंद्रकांमध्ये जास्त विशिष्ट बंधनकारक ऊर्जा असेल, म्हणजे. अधिक घट्टपणे जोडले जाईल. म्हणून, विखंडन दरम्यान ऊर्जेत फरक असेल आणि हा फरक सोडला जाईल. पुढच्या दीड दशकांनी हा शोध व्यावहारिक उपयोगात आणला. पहिले 1942 मध्ये लॉन्च केले गेले आण्विक अणुभट्टी(यूएसए), पहिला 1945 मध्ये उडवला गेला अणुबॉम्ब(यूएसए), 1954 मध्ये - पहिला अणुऊर्जा प्रकल्प सुरू करण्यात आला (यूएसएसआर).

व्यवहारात विखंडनातून ऊर्जा कशी वसूल केली जाते? चला कल्पना करूया की आपल्याकडे एका पदार्थाच्या नमुन्याची पुरेशी मात्रा आहे जी थोड्या प्रभावाने (थर्मल न्यूट्रॉन) विखंडन करते. विखंडनाच्या पहिल्या क्रियेनंतर, तुकड्यांच्या केंद्रकांच्या व्यतिरिक्त, थर्मल न्यूट्रॉनपेक्षा जास्त ऊर्जा असलेले अनेक न्यूट्रॉन सोडले जातील. वाटेत ज्या न्यूक्लियसचा सामना करावा लागतो त्याचे ते विभाजन करतील, या प्रक्रियेच्या परिणामी, प्रत्येक नवीन स्प्लिट न्यूक्लियसमध्ये नवीन न्यूट्रॉन तयार होतील, ज्यामुळे नवीन केंद्रकांचे विभाजन होईल, इ. ही प्रक्रिया हिमस्खलनासारखी असेल आणि या कारणासाठी असे म्हणतात साखळी प्रतिक्रियाविभागणी.
अशीच प्रक्रिया आण्विक चार्जमध्ये जाणवते आणि थोड्या (अनेक मिलिसेकंद) वेळेत प्रचंड ऊर्जा सोडते. अनेक किलोग्रॅमच्या चार्जचा स्फोट, उदाहरणार्थ, 239 पु, पारंपारिक स्फोटकांच्या अनेक शंभर किलोटन (!) च्या स्फोटासारखाच आहे.
तथापि, कालांतराने ही प्रक्रिया वाढवण्याचा एक मार्ग आहे. जर तुम्ही साखळी प्रतिक्रियेचा आकृतीबंध पाहिला तर तुम्ही पाहू शकता की न्यूक्लीला विभाजित करणार्‍या न्यूट्रॉनची संख्या हा महत्त्वाचा घटक आहे. म्हणून, विखंडन सामग्रीमध्ये न्यूट्रॉन (शोषक) कॅप्चर करण्यास सक्षम पदार्थ ठेवून, सोडलेली ऊर्जा काढून टाकण्यास सक्षम होण्यासाठी ही प्रक्रिया मंद करणे शक्य आहे, उदाहरणार्थ, पाणी उकळण्यासाठी गरम करणे आणि वापरणे. पॉवर प्लांट (NPP) चे टर्बाइन फिरवण्यासाठी वाफ. आधुनिक अणुऊर्जा प्रकल्प कार्बन (ग्रेफाइट) शोषक म्हणून वापरतात.
जर तुम्ही आता "लोहाच्या कमाल" च्या डावीकडे असलेल्या केंद्रकांचा प्रदेश पाहिला तर तुमच्या लक्षात येईल की त्यांची विशिष्ट बंधनकारक उर्जा, सरासरी, जास्तीत जास्त न्यूक्लीच्या तुलनेत अगदी कमी असल्याचे दिसून येईल. अशाप्रकारे, प्रकाश केंद्रकांसाठी, विखंडन-संलयन-ला उलट प्रक्रिया शक्य आहे. या प्रकरणात, विखंडनाच्या बाबतीत, ऊर्जा सोडली जाईल. संश्लेषण प्रतिक्रियांमध्ये, उदाहरणार्थ, हेलियम तयार करण्यासाठी ड्युटेरियम न्यूक्लीचे संलयन समाविष्ट आहे.

2 H + 2 H → 3 He + n

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया

समस्या, पाहणे सोपे आहे, ही आहे की सर्व प्रकरणांमध्ये आपल्याला समान चार्ज केलेल्या वस्तूंच्या विलीनीकरणाचा सामना करावा लागतो, तथाकथित Coulomb अडथळा, ज्यावर मात करण्यासाठी तुम्हाला अजूनही ऊर्जा खर्च करावी लागेल. संश्लेषित पदार्थ अतिशय उच्च (लाखो अंश) तापमानात गरम करून हे सर्वात सहज साध्य केले जाते. पृथ्वीवरील परिस्थितीत, हे केवळ आण्विक स्फोटादरम्यान शक्य आहे. अशाप्रकारे, प्रकाश घटकांच्या शेलमध्ये आण्विक चार्ज ठेवून, अनियंत्रित संलयन प्रतिक्रिया किंवा (परिणामी उच्च तापमानामुळे) प्राप्त करणे शक्य आहे. थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया. प्रथमच अशी प्रतिक्रिया (थर्मोन्यूक्लियर बॉम्बचा स्फोट) 1953 मध्ये (यूएसएसआर) करण्यात आली.
निसर्गात, तार्‍यांमध्ये थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया घडतात, जेथे कौलॉम्ब अडथळा "तोडण्यासाठी" सर्व परिस्थिती अस्तित्वात आहे. याव्यतिरिक्त, सर्वात मजबूत गुरुत्वाकर्षण संपीडन देखील लोहापर्यंत जड घटकांच्या निर्मितीसह संलयन अभिक्रियाला प्रोत्साहन देते.
नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजनची अंमलबजावणी करण्याची समस्या अद्यापही निराकरण होत नाही आणि अणू केंद्रकांच्या भौतिकशास्त्रासाठी सर्वात जास्त दबाव आहे, कारण यामुळे पर्यावरणासाठी कोणतेही हानिकारक परिणाम न होता जवळजवळ अमर्यादित प्रमाणात स्वस्त इंधन वापरणे शक्य होते.
आधीच नमूद केल्याप्रमाणे, अणू न्यूक्लियसची रचना मुख्यत्वे त्याचे गुणधर्म निर्धारित करते. न्यूक्लीयच्या वर्तनावर प्रभाव टाकणारी सर्वात प्रमुख आण्विक वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे अणू केंद्रकातील न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन यांच्यातील गुणोत्तर. हे तथाकथित मध्ये सर्वोत्तम पाहिले जाते N-Z आकृती.

आण्विक केंद्रकाचा N-Z आकृती.

आपण चार्टमध्ये अनेक लक्षणीय क्षेत्रे पाहू शकता. त्यापैकी एक मध्यवर्ती भाग आहे, काळ्या रंगात चिन्हांकित केंद्रकांची एक अरुंद पट्टी. हे तथाकथित "स्थिरतेची दरी" आहे, स्थिर केंद्रकांचा एक प्रदेश जो किडण्याच्या अधीन नाही. जसजसे न्यूट्रॉनची संख्या वाढते (स्थिरता दरीच्या उजवीकडे), निळ्या रंगात चिन्हांकित केंद्रके स्थित असतात. जेव्हा न्यूट्रॉनचे प्रमाण जास्त असते तेव्हा न्यूक्लियसची उर्जा वाढते आणि एका न्यूट्रॉनचे प्रोटॉनमध्ये रूपांतर करून स्थिरतेच्या दरीत “परत” येणे शक्य होते.

n → p + e - + e.

या प्रक्रियेला म्हणतात β-उणे क्षय. न्यूट्रॉन प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन आणि मध्ये बदलते इलेक्ट्रॉनिक. न्यूट्रॉन हा क्षय केंद्रकाबाहेर अनुभवू शकतो. अशा क्षयच्या परिणामी, न्यूक्लियस स्थिरतेच्या क्षेत्राकडे जात, त्याचे शुल्क वाढवते.
तांबडा प्रदेश हा प्रोटॉनचे प्रमाण जास्त असलेला केंद्रकांचा प्रदेश आहे. ते उलट प्रक्रिया राबवतात:

p → n + e + + ν e

म्हणतात β-अधिक क्षय.प्रोटॉनचे रूपांतर न्यूट्रॉन, पॉझिट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनोमध्ये होते (शेवटचे दोन कण इलेक्ट्रॉन आणि अँटीन्यूट्रिनोचे "अँटीपोड्स" आहेत). हे लक्षात घेतले पाहिजे की प्रोटॉनचे वस्तुमान न्यूट्रॉनच्या वस्तुमानापेक्षा कमी असल्याने, असा क्षय फक्त न्यूक्लीमध्ये होतो; मुक्त स्थितीत, प्रोटॉन स्थिर असतो.
चित्रातील पिवळा क्षेत्र हे जड अस्थिर केंद्रकांचे क्षेत्र आहे. ते दुसर्या प्रकारच्या क्षय द्वारे दर्शविले जातात - α-कणांचे उत्सर्जन (4 हे केंद्रक) किंवा α क्षय, या प्रकारच्या क्षयमुळे चार्ज आणि वस्तुमान संख्या दोन्ही कमी होते आणि न्यूक्लियसची फिकट केंद्रकांच्या प्रदेशात “हालचाल” होते. कधीकधी यामुळे क्षयची साखळी होते. उदाहरणार्थ,

226 रा → 222 आरएन + 4 हे; 222 Rn → 208 Po + 4 He; 208 Po → 204 Pb + 4 He,

जिथे शेवटचा आधीच एक स्थिर कोर आहे.
बर्‍याच प्रकरणांमध्ये, क्षय झाल्यामुळे निर्माण झालेल्या केंद्रकामध्ये जास्त ऊर्जा असते आणि त्यातून γ-क्वांटम उत्सर्जित होते, जे उद्भवते. γ संक्रमणन्यूक्लियसमध्ये (कधीकधी पूर्णपणे योग्यरित्या γ-क्षय म्हटले जात नाही).
सर्व आण्विक क्षय हे क्षय होण्याची संभाव्यता, उत्सर्जित कणांचे प्रकार आणि त्यांच्या उर्जेशी संबंधित त्यांच्या स्वतःच्या वैशिष्ट्यांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत. तथापि, बेकरेल आणि क्युरी यांच्या कार्यादरम्यान स्थापित केलेल्या क्षयचे सामान्य कायदे आहेत. मुख्य आहे किरणोत्सर्गी क्षय नियम.

N(t) = N 0 e -λt ,

जेथे N ही दिलेल्या क्षणी नमुन्यातील किरणोत्सर्गी केंद्रकांची संख्या आहे, N 0 ही विशिष्ट सुरुवातीच्या वेळी किरणोत्सर्गी केंद्रकांची संख्या आहे आणि λ हा तथाकथित क्षय स्थिरांक आहे, क्षय होण्याची संभाव्यता दर्शवते. क्षय स्थिरांक व्यावहारिक वापरासाठी फार सोयीस्कर नाही, म्हणून दुसरे मूल्य वापरले जाते, T 1/2 - अर्धे आयुष्य, ज्या कालावधीत सक्रिय कोरची संख्या 2 पट कमी होते त्या वेळेचे वर्णन करते. क्षय स्थिर आणि अर्ध-आयुष्य संबंधाने संबंधित आहेत

विविध किरणोत्सर्गी स्रोत केंद्रकांचे अर्धे आयुष्य मिलिसेकंद ते अब्जावधी वर्षांपर्यंत असू शकते. याव्यतिरिक्त, एक महत्त्वपूर्ण वैशिष्ट्य म्हणजे स्त्रोत (किंवा त्याचे वस्तुमान) ची क्रिया, जी दिलेल्या वेळी क्षयची तीव्रता दर्शवते. विविध प्रकारचे किरणोत्सर्गी केंद्रक आपल्या आजूबाजूला सतत असतात आणि मानवी शरीरात 40 K आणि 14 C असे दोन किरणोत्सर्गी समस्थानिक सतत असतात.

कण भौतिकशास्त्र

कण भौतिकशास्त्र ही कदाचित भौतिकशास्त्रातील सर्वात गतिमान शाखांपैकी एक आहे. कमीतकमी, नैसर्गिक विज्ञानाच्या इतर कोणत्याही क्षेत्राचे नाव देणे कठीण आहे ज्यात 40-50 वर्षांपूर्वी आपल्या सभोवतालच्या जगाबद्दलच्या कल्पना आताच्या जगापेक्षा वेगळ्या असतील. हे सर्व प्रथम, मूलभूत कण आणि परस्परसंवादांबद्दलच्या त्या कल्पनांमधील बदलांमुळे आहे जे या काळात पदार्थाच्या प्रायोगिक आणि सैद्धांतिक अभ्यासादरम्यान घडले. आता कण भौतिकशास्त्राची मूलभूत तत्त्वे कोणती आहेत?
मूलभूत कण- कणांचा संच जो सध्या पदार्थाचे प्राथमिक घटक आहेत. गेल्या शतकाच्या 20 च्या दशकात असे फक्त दोन कण होते (आणि सामान्यतः कण) - प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन. आधीच 50 च्या दशकात, ज्ञात कणांची एकूण संख्या दोन डझनपर्यंत पोहोचली आणि त्यापैकी बरेच संरचनाहीन मानले गेले. आता कणांची एकूण संख्या शेकडो आहे, परंतु केवळ काही खरोखरच मूलभूत आहेत. सर्व मूलभूत कण अनेक मोठ्या गटांमध्ये विभागले जाऊ शकतात.
क्वार्क्स. आधुनिक संकल्पनांनुसार, हा पदार्थाचा मुख्य घटक आहे; वस्तुमानानुसार, ते सर्व दृश्यमान पदार्थांपैकी 95% पेक्षा जास्त बनवतात. क्वार्क 6 प्रकारांमध्ये (स्वाद) विभागलेले आहेत, ज्यापैकी प्रत्येकाचे स्वतःचे गुणधर्म आणि इतरांपेक्षा फरक आहेत. या u(वर), d(खाली), s(विचित्र), c(मोहीन), b(तळाशी) आणि ट(शीर्ष). क्वार्ककडे आहेत अपूर्णांक शुल्क, इलेक्ट्रॉन (प्रोटॉन) च्या चार्जच्या 1/3 किंवा 2/3 च्या समान. प्रत्येक क्वार्कचे स्वतःचे असते प्रतिकण- एक अँटिक्वार्क, वस्तुमानात क्वार्क सारखा असतो, परंतु इतर अनेक वैशिष्ट्यांमध्ये विरुद्ध असतो (उदाहरणार्थ, विरुद्ध विद्युत चार्ज असणे). याव्यतिरिक्त, क्वार्कमध्ये एक विशेष वैशिष्ट्य आहे - रंग, ज्याची इतर सर्व कणांमध्ये कमतरता आहे (ते रंगहीन असल्याचे म्हटले जाते). क्वार्कचे तीन रंग असतात - लाल, निळाआणि हिरवा.
अर्थात, आपण असा विचार करू नये की क्वार्कचा रंग डोळ्यांना दिसणारा प्रभाव आहे. रंग हा त्यांच्यातील विविध परस्परसंवादांदरम्यान क्वार्कच्या वर्तनात व्यक्त केलेल्या विशेष वैशिष्ट्याचा संदर्भ देतो. या प्रकरणात नाव सशर्त आहे; त्याच प्रकारे, हे वैशिष्ट्य म्हटले जाऊ शकते, उदाहरणार्थ, चव किंवा इतर कोणतीही संज्ञा वापरली जाऊ शकते.
हे मोजणे सोपे आहे की क्वार्कची एकूण संख्या (अँटीक्वार्क आणि रंगांसह) 36 आहे. सर्व ज्ञात संरचनात्मक जड कण या 36 कणांपासून तयार होतात. तीन क्वार्कचे मिश्रण तयार होते बॅरिअन्स, आणि क्वार्क-अँटीक्वार्क जोड्यांचा संच, mesons. बॅरिऑनमध्ये सुप्रसिद्ध प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन यांचाही समावेश होतो. बॅरिअन्स आणि मेसॉन सामान्य शब्दांतर्गत एकत्र केले जातात हॅड्रोन्स. सर्व हॅड्रॉन्सपैकी, फक्त प्रोटॉन स्थिर आहे; इतर सर्व हॅड्रॉन्स क्षय होऊन इतर कणांमध्ये बदलतात.
लेप्टन्स. हा कणांचा आणखी एक गट आहे, ज्याचा मुख्य फरक म्हणजे हॅड्रोन्समध्ये त्यांची रचना नसणे, म्हणजे. लेप्टॉनमध्ये इतर कण नसतात, परंतु ते प्राथमिक असतात. लेप्टॉन चार्ज केलेल्या − मध्ये विभागलेले आहेत इलेक्ट्रॉन, muonआणि taonआणि तटस्थ - इलेक्ट्रॉनिक, muonicआणि गुप्त न्यूट्रिनो. प्रतिकण विचारात घेतल्यास, लेप्टॉनची एकूण संख्या १२ आहे. अणू बनवणाऱ्या इलेक्ट्रॉन्सचा अपवाद वगळता लेप्टॉन कोणतेही संयोग बनवत नाहीत. इलेक्ट्रॉन हा एकमेव स्थिर चार्ज केलेला लेप्टन आहे. सर्व प्रकारच्या न्यूट्रिनोची स्थिरता आता प्रश्नात आहे.
परस्परसंवाद वाहक. परस्परसंवादांची एकूण संख्या 4 आहे. या मजबूत(क्वार्क आणि हॅड्रोन्स दरम्यान कार्य करणे), इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक, कमकुवत(जवळजवळ सर्व कणांमधील कार्य, परंतु विशेषतः लेप्टॉनच्या परस्परसंवादात स्पष्टपणे प्रकट होते) आणि गुरुत्वाकर्षण. प्रत्येक संवाद एका फील्डद्वारे चालविला जातो, जो वाहक कणांचा प्रवाह म्हणून दर्शविला जातो. मजबूत संवादाचा वाहक आहे ग्लुऑन, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक − गॅमा क्वांटम, कमकुवत - तीन प्रकार मध्यवर्ती बोसॉन(W - , W + आणि Z) आणि गुरुत्वाकर्षण – गुरुत्वाकर्षण(तथापि, शेवटच्या कणाचा अंदाज केवळ सैद्धांतिक विचारांवरून वर्तवला जातो). सर्व वाहकांचे स्वतःचे गुणधर्म आहेत आणि प्रत्येकजण त्यांच्या स्वतःच्या परस्परसंवादात भाग घेतो.
उर्वरित कणांबद्दल, फक्त हॅड्रॉन आणि ग्लुऑन मजबूत परस्परसंवादात भाग घेतात; इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक - चार्ज केलेले कण आणि गॅमा क्वांटामध्ये; कमकुवत मध्ये - इतर परस्परसंवादाचे वाहक वगळता सर्व काही; गुरुत्वाकर्षणात - वस्तुमान असलेले कण. कणांच्या वस्तुमानाचा उदय दुसर्या एका विशेष क्षेत्राशी संबंधित आहे, ज्याला हिग्ज फील्ड म्हणतात आणि ते वाहणारे कण आहेत हिग्ज बोसॉन.

गेल्या शतकाच्या 60 च्या दशकाच्या सुरुवातीपर्यंत, त्या वेळी ज्ञात असलेले सर्व कण संरचनाहीन मानले जात होते. तथापि, मुख्य प्रायोगिक साधनांच्या विकासात प्रगती केल्याबद्दल धन्यवाद - कण प्रवेगक, आधीच 50 च्या दशकाच्या शेवटी, न्यूक्लिओन्सच्या संरचनेबद्दल गृहितके उद्भवली. इलेक्ट्रॉन प्रवेगक वर प्रयोग चालवताना, अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ रॉबर्ट हॉफस्टॅडर यांना आढळले की न्यूट्रॉनवर इलेक्ट्रॉन विखुरल्याने, कोणीही पाहू शकतो की इलेक्ट्रॉन न्यूट्रॉनच्या "आत" शी परस्परसंवाद करतात जणू काही एक प्रकारचा छुपा चार्ज असतो, आतमध्ये एक जटिल मार्गाने वितरित केला जातो. . हॉफस्टॅडरने सुचवले की हे चार्ज न केलेल्या न्यूट्रॉनच्या आत काही विद्युत चार्ज वाहकांच्या उपस्थितीमुळे असू शकते. काही वर्षांनंतर, इतर प्रयोगशाळांमध्ये असेच प्रयोग केले गेले.

या प्रयोगांमधून मिळालेल्या माहितीच्या आधारे आणि त्या वेळी सापडलेल्या कणांच्या पद्धतशीर अभ्यासाच्या आधारे, आणखी एक अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ मरे गेल-मन यांनी १९६३ मध्ये असे गृहीत धरले की प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन लहान कणांपासून बनलेले आहेत ज्यांना ते क्वार्क म्हणतात. सुरुवातीला, Gell-Mann ने फक्त दोन क्वार्क − सादर केले uआणि dतथापि, नंतर वेगवेगळ्या गुणधर्मांसह मोठ्या संख्येने उघडलेल्या कणांना मॉडेलमध्ये समायोजन करण्यास भाग पाडले गेले, त्यांची संख्या प्रथम 3 आणि 4 आणि नंतर 6 पर्यंत वाढली. क्वार्क गृहीतकाला त्याच्या विकासामध्ये अनेक समस्यांना सामोरे जावे लागले. प्रथम, इलेक्ट्रॉनच्या चार्जपेक्षा कमी चार्ज असलेल्या कणांचे अस्तित्व समजणे मानसिकदृष्ट्या कठीण होते. दुसरे म्हणजे, 60 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात सापडलेल्या कणांचा क्वार्क मॉडेलमध्ये अशा प्रकारे अर्थ लावला गेला की ते मूलभूत गोष्टींच्या विरुद्ध जाऊ शकते. क्वांटम मेकॅनिक्सची तत्त्वे. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, क्वार्कचे एक विशेष वैशिष्ट्य (क्वांटम नंबर) सादर केले गेले - रंग. तिसरे म्हणजे, क्वार्क मॉडेलची समस्या ही होती की मुक्त स्थितीत क्वार्क शोधण्याचे सर्व प्रयत्न यशस्वी झाले नाहीत. यामुळे अनेक शास्त्रज्ञांमध्ये मॉडेलला नकार दिला गेला, कारण एखाद्या गृहितकाची केवळ प्रायोगिक पुष्टी ही गृहितकांच्या श्रेणीतून भौतिक सत्यांच्या श्रेणीमध्ये स्थानांतरित करते. अशा प्रकारे, 1969 मध्ये एम. गेल-मान यांना नोबेल पारितोषिक देण्यात आले, परंतु "प्राथमिक कण आणि त्यांच्या परस्परसंवादाच्या वर्गीकरणातील योगदान आणि शोधांसाठी" या पुरस्काराच्या शब्दात "क्वार्क" हा शब्द नव्हता.
80 च्या दशकाच्या अखेरीस DESY (जर्मनी), फर्मिलाब (यूएसए) आणि युरोपियन सेंटर फॉर न्यूक्लियर रिसर्च (CERN) येथे केलेल्या प्रयोगांनंतरच अंशात्मक चार्ज असलेल्या कणांची उपस्थिती दर्शविणारे परिणाम पाहणे शक्य झाले. पहिले नोबेल पारितोषिक, ज्याच्या निर्मितीमध्ये "क्वार्क" हा शब्द उपस्थित होता, तो 1990 मध्ये y, y आणि y यांना देण्यात आला. त्याच वेळी, मुक्त स्थितीत क्वार्कचे निरीक्षण करण्याच्या समस्येचे स्पष्टीकरण देण्यात आले. क्वार्क्सच्या परस्परसंवादाच्या विशिष्टतेमुळे ही प्रक्रिया मूलभूतपणे अशक्य होते (तथाकथित बंदिस्त), क्वार्क प्रभावांचे केवळ अप्रत्यक्ष निरीक्षण करणे शक्य आहे.
याक्षणी, सैद्धांतिक भौतिकशास्त्राची एक चांगली विकसित केलेली स्वतंत्र शाखा आहे जी ग्लुऑन आणि क्वार्कचा अभ्यास करते - क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स. हा विभाग क्वार्क्स आणि ग्लुऑन्सच्या विशिष्ट "रंग स्पेस" च्या अनुप्रयोगामध्ये क्वांटम सिद्धांताच्या प्रगतीचा सारांश देतो.
हॅड्रॉन - क्वार्कपासून तयार केलेले कण - सध्या 400 पेक्षा जास्त कण (आणि प्रतिकण) समाविष्ट आहेत. प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन (जे न्यूक्लीमध्ये स्थिर असतात) वगळता त्या सर्वांचे आयुष्य एक मायक्रोसेकंदपेक्षा जास्त नसते आणि ते इतर कणांमध्ये (शेवटी स्थिर) क्षय करतात. अनेक कणांचे वस्तुमान न्यूक्लिओन्सच्या वस्तुमानापेक्षा कित्येक पटीने जास्त असते. हॅड्रॉनमध्ये विद्युतदृष्ट्या तटस्थ कण असतात आणि चार्ज केलेले कण असतात, ज्यात +2 आणि -2 (इलेक्ट्रॉन चार्जच्या युनिट्समध्ये) चार्ज असतात. जड कणांच्या विविधतेमुळे विविध क्षेत्रांशी त्यांच्या परस्परसंवादाच्या नमुन्यांचा अभ्यास करणे शक्य होते आणि शेवटी, आपल्या जगाच्या बांधकामाच्या नमुन्यांची योग्य समज प्राप्त होते.
लेप्टन हेड्रोनसारख्या विविधतेचा अभिमान बाळगू शकत नाहीत. त्यांची एकूण संख्या (प्रतिकणांसह) फक्त 12 आहे. सर्वात हलका चार्ज असलेला लेप्टॉन, इलेक्ट्रॉन, 1895 मध्ये शोधला गेला, त्याचे प्रतिकण (पॉझिट्रॉन) 1934 मध्ये, 1962 मध्ये जड म्यूऑन आणि शेवटचे, 1975 मध्ये इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमानापेक्षा 3000 पट जास्त वस्तुमान असलेले टाऊन सापडले. तथापि, आज सर्वात मनोरंजक आहेत ते चार्ज नसलेले लेप्टॉन-न्यूट्रिनो आहेत.

गेल्या शतकाच्या 20 च्या दशकाच्या शेवटी, विविध प्रकारच्या किरणोत्सर्गी क्षयांचा जोरदार अभ्यास झाला. β-क्षयचा अभ्यास करताना, शास्त्रज्ञांना एक विरोधाभासी परिस्थिती आली - इलेक्ट्रॉनमध्ये प्रत्येक वेळी भिन्न ऊर्जा होती, जरी क्षय दरम्यान, ज्यामुळे दोन कण तयार झाले.

सर्व क्षय ऊर्जा इलेक्ट्रॉन आणि अणु केंद्रक यांच्यामध्ये प्रमाणानुसार विभागली गेली पाहिजे, म्हणजे. इलेक्ट्रॉनमध्ये निश्चित ऊर्जा असणे आवश्यक आहे. β-क्षय ऊर्जा संवर्धनाच्या कायद्याचे उल्लंघन करते हे मान्य करायला नील्स बोहरही तयार होते! उत्कृष्ट जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ वुल्फगँग पॉली यांनी यावर उपाय शोधला. त्याने सुचवले की इलेक्ट्रॉन बरोबरच, आणखी एक चार्ज न केलेला कण (एक लहान न्यूट्रॉन) दिसतो, जो किडण्याच्या वेळी नोंदणीशिवाय उडतो, प्रत्येक वेळी उर्जेचा वेगळा भाग घेऊन जातो. पॉलीने प्रस्तावित केलेल्या कल्पनेने परिस्थितीचे उत्कृष्टपणे निराकरण केले, उर्जेच्या संवर्धनाचा नियम अचल राहिला आणि नवीन कणाच्या उदयाने "ऊर्जेची हानी" सह परिस्थिती स्पष्ट केली. तथापि, बराच काळ न्यूट्रिनो (एनरिको फर्मीने प्रस्तावित केलेले नाव) एक "कागद कण" राहिले.

न्यूट्रिनोच्या प्रायोगिक अभ्यासातील प्रगती प्रामुख्याने उत्कृष्ट भौतिकशास्त्रज्ञ (जन्मानुसार इटालियन, जो 1950 मध्ये यूएसएसआरमध्ये स्थलांतरित झाला) ब्रुनो पॉन्टेकोर्वो यांच्या नावाशी संबंधित आहे. 1944 मध्ये, पॉन्टेकोर्व्होने, न्यूट्रिनोच्या संभाव्य गुणधर्मांचा सैद्धांतिक अभ्यास करून, हा कण शोधण्यासाठी एक प्रभावी पद्धत प्रस्तावित केली. पॉन्टेकोर्व्होच्या मते, स्त्रोत ही एक प्रक्रिया असू शकते ज्यामध्ये किरणोत्सर्गी केंद्रकांचा तीव्रतेने क्षय होतो. थोड्या वेळाने, पॉन्टेकोर्व्होने न्यूट्रिनोचा कृत्रिम स्रोत म्हणून अणुभट्टी वापरण्याचा प्रस्ताव दिला. आधीच 50 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, न्यूट्रिनोची नोंदणी करण्याचे काम सुरू झाले (त्या वेळी असे मानले जात होते की न्यूट्रिनोमध्ये प्रतिकण नसतात). न्यूट्रिनो शोधण्याचा पहिला प्रयोग फ्रेडरिक रेनेस आणि क्लाइड एल. कोवान, ज्युनियर यांचा प्रयोग होता, ज्यांनी 1957 मध्ये अणुभट्टी अँटीन्यूट्रिनोची नोंदणी करण्यास व्यवस्थापित केले. या कणाच्या अभ्यासाचा पुढचा टप्पा म्हणजे सौर न्यूट्रिनोची नोंदणी, रेमंड डेव्हिस जूनियर यांनी 1967 मध्ये होमस्टेक खाणीत (यूएसए) केली. तरीही, हे स्पष्ट झाले की पदार्थाशी न्यूट्रिनोचा परस्परसंवाद इतका क्वचितच घडतो की त्याच्या प्रभावी नोंदणीसाठी मोठ्या प्रमाणात रेकॉर्डिंग सामग्री आणि दीर्घ मोजमाप कालावधी आवश्यक आहे. कामिओकांडे इन्स्टॉलेशन (जपान) येथे अनेक वर्षांच्या कामात अनेक दहा हजार टन पाण्याची क्षमता असलेल्या प्रचंड टाकीसह केलेल्या सर्वात यशस्वी न्यूट्रिनो प्रयोगांपैकी एक परिणाम वर्षाला अनेक न्यूट्रिनोच्या रूपात झाला! शिवाय, वेळेव्यतिरिक्त, असे प्रयोग आयोजित करण्यासाठी मोठ्या आर्थिक खर्चाची देखील आवश्यकता असते. B. Pontecorvo च्या योग्य अभिव्यक्तीमध्ये, "प्राथमिक कण भौतिकशास्त्र एक महाग विज्ञान आहे...".
न्यूट्रिनोमध्ये आधुनिक रूची असण्याचे कारण काय आहे? या कणांची सर्वोच्च भेदक क्षमता एखाद्याला अशा वस्तूंबद्दल माहिती मिळवू देते जी अन्यथा अभ्यासासाठी अगम्य आहेत. येथे अनुप्रयोगांची श्रेणी खूप मोठी आहे - दूरच्या आकाशगंगा आणि आकाशगंगा क्लस्टर्समधील प्रक्रियांबद्दल माहितीपासून ते पृथ्वीच्या न्यूट्रिनो भौगोलिक स्थानापर्यंत. सध्या, खगोलभौतिकीय न्यूट्रिनोची नोंदणी करण्यासाठी मोठे प्रकल्प कार्यान्वित केले जात आहेत - मोठ्या आकाराच्या न्यूट्रिनो दुर्बिणी, जिथे समुद्राचे पाणी किंवा बर्फ रेकॉर्डिंग पदार्थ म्हणून वापरला जातो. उत्तर (भूमध्य) आणि दक्षिणी (अंटार्क्टिक) गोलार्धांमध्ये 1 किमी 3 आकारमानाच्या दोन दुर्बिणी बांधण्याचे नियोजन आहे.

अंटारेस न्यूट्रिनो टेलिस्कोप

न्यूट्रिनो वस्तुमानाचा प्रश्नही अद्याप सुटलेला नाही. आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, कदाचित हा एकमेव कण आहे ज्याला वस्तुमान आहे की नाही हे सांगणे अशक्य आहे! अलिकडच्या वर्षांत, तथाकथित न्यूट्रिनो दोलन, एका प्रकारच्या न्यूट्रिनोचे दुसर्‍या प्रकारात उत्स्फूर्त संक्रमण यांच्या निरीक्षणावर या समस्येचे निराकरण करण्याच्या मोठ्या आशा आहेत.
आधुनिक संशोधनाच्या विविध पद्धती असूनही, गेल्या शतकाच्या 40 च्या दशकापासूनचे मुख्य साधन शिल्लक आहे चार्ज केलेले कण प्रवेगक. कोणताही प्रवेगक, शब्दाच्या शाब्दिक अर्थाने, एक सूक्ष्मदर्शक आहे जो आपल्याला पदार्थात खोलवर पाहण्याची परवानगी देतो. खरंच, सूक्ष्म जगामध्ये एखाद्या वस्तूचे निरीक्षण करण्यासाठी, त्याच्या आकाराशी सुसंगत तरंगलांबीसह रेडिएशन वापरणे आवश्यक आहे. आणि, कणांच्या लहरी गुणधर्मांवर आधारित, आपण मिळवू शकतो

जेथे λ ही तरंगलांबी आहे, ћ हा प्लँकचा स्थिरांक आहे, c हा प्रकाशाचा वेग आहे आणि E ऊर्जा आहे, तर आपल्या "सूक्ष्मदर्शका" च्या मोठ्या "विस्तारासाठी" कणांची ऊर्जा वाढवणे आवश्यक आहे. सध्या, विविध प्रकारचे प्रवेगक आहेत, मुख्यत्वे प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनला गती देणारे. उदाहरणार्थ, मानक रेखीय प्रवेगकाचे ऑपरेटिंग तत्त्व अत्यंत सोपे आहे आणि त्यात समाविष्ट आहे की जेव्हा इलेक्ट्रॉन (किंवा प्रोटॉन) संभाव्य फरकातून जातो तेव्हा त्याला ऊर्जा मिळते.

म्हणूनच आण्विक आणि कण भौतिकशास्त्रात वापरल्या जाणार्‍या ऊर्जेच्या युनिटला "इलेक्ट्रॉनव्होल्ट" म्हणतात, ही ऊर्जा 1 व्होल्टच्या संभाव्य फरकातून जात असताना इलेक्ट्रॉन प्राप्त करतो. अर्थात, आधुनिक प्रवेगकांमध्ये, प्रवेग एका वैकल्पिक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचा वापर करून केला जातो, वेगवेगळ्या भागात "स्विंगिंग" कण. आज इलेक्ट्रॉन प्रवेगकांमध्ये प्राप्त केलेली कमाल इलेक्ट्रॉन ऊर्जा 100 GeV (10 11 eV) आहे आणि प्रोटॉन प्रवेगकांमध्ये - 3.5 TeV (3.5 10 12 eV). शेवटचे मूल्य सर्वात मोठ्या आधुनिक प्रोटॉन प्रवेगक − वर प्राप्त केलेल्या प्रोटॉन उर्जेशी संबंधित आहे लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर(LHC) CERN येथे.

भौगोलिक नकाशावर CERN येथे प्रवेगक कॉम्प्लेक्सचे योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व.

हे सर्वात मोठे प्रवेगक कॉम्प्लेक्स 27 किलोमीटरपेक्षा जास्त लांबीचे सुपरकंडक्टिंग रिंग आहे, जे प्रोटॉनला 7 TeV च्या ऊर्जेपर्यंत "स्पिन अप" करण्यास अनुमती देते. टक्कर होणा-या प्रोटॉनच्या अशा ऊर्जेमुळे (आणि टक्कर अर्थातच ऊर्जा उत्पादनात आणखी वाढ होते), मोठ्या वस्तुमानांसह विविध कणांच्या निर्मितीसह सर्व प्रकारच्या प्रतिक्रियांचे निरीक्षण करणे शक्य होते. कोलायडरवर नियोजित केलेले बहुतेक प्रयोग चाचणी अंदाजांशी संबंधित आहेत मानक मॉडेल- पदार्थाच्या संरचनेचे वर्णन करणारा सैद्धांतिक गृहितकांचा संच. या गृहितकांची पुष्टी किंवा खंडन केल्याने विज्ञानाला आज मानवतेला भेडसावणाऱ्या समस्यांचे निराकरण करून पुढे जाण्याची संधी मिळेल.

स्वयं-चाचणी प्रश्न

1. मायक्रोवर्ल्ड आणि मॅक्रोवर्ल्डचा अभ्यास करण्याच्या पद्धतींमध्ये मूलभूत फरक काय आहे?
2. प्लँकच्या स्थिरांकाचा भौतिक अर्थ काय आहे?
3. सूक्ष्म जगतातील कणाचा समन्वय आणि गती एकाच वेळी अचूकपणे मोजणे शक्य आहे का?
4. क्वांटम सिस्टीममधील वेगळ्या ऊर्जेचे उदाहरण द्या.
5. क्वांटम सिस्टमचे मुख्य वैशिष्ट्य काय आहे?
6. अणु संरचनेच्या आधुनिक आकलनाचा पाया घालणाऱ्या प्रयोगाचे नाव सांगा.
7. अणूचा अंदाजे आकार किती असतो?
8. अणू फोटॉन उत्सर्जित करण्याचे कारण काय आहे?
9. आयनीकरण म्हणजे काय?
10. अणु केंद्रकाचा अंदाजे आकार किती असतो?
11. अणु केंद्रक कोणते कण बनवतात?
12. आण्विक बंधनकारक ऊर्जा म्हणजे काय?
13. जड केंद्रक विखंडन का करतात?
14. परमाणु संलयन अभिक्रियांना थर्मोन्यूक्लियर का म्हणतात?
15. अल्फा क्षय म्हणजे काय?
16. मूलभूत कणांच्या तीन गटांची नावे सांगा.
17. क्वार्कच्या प्रकारांची यादी करा.
18. प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन मिळून किती क्वार्क बनतात?
19. न्यूट्रिनो म्हणजे काय?
20. मूलभूत परस्परसंवादाच्या प्रकारांची यादी करा.

· मायक्रोस्कोपी पथ 3

· मायक्रोस्कोपी मर्यादा 5

· अदृश्य विकिरण 7

· इलेक्ट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन ऑप्टिक्स ९

· इलेक्ट्रॉन लाटा आहेत!? 12

· इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक रचना 13

· इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी वस्तू 15

· इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाचे प्रकार 17

· इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपसह काम करण्याची वैशिष्ट्ये 21

· इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी 23 च्या विवर्तन मर्यादेवर मात करण्याचे मार्ग

· संदर्भ 27

· चित्रे 28

टिपा:

1. चिन्ह म्हणजे शक्ती वाढवणे. उदाहरणार्थ, २ 3 चा अर्थ "2 ते 3 च्या पॉवर" असा होतो.

2. चिन्ह e म्हणजे घातांक स्वरूपात संख्या लिहा. उदाहरणार्थ, २ e3 म्हणजे "2 गुणिले 10 ते 3री घात."

3. सर्व चित्रे शेवटच्या पानावर आहेत.

4. पूर्णपणे "अलीकडील" साहित्याचा वापर केल्यामुळे, या गोषवारामधील डेटा विशेषतः "ताजे" नाही.

डोळ्याला सूर्य दिसणार नाही,

जर तो तसा नसता

सूर्याकडे.

गोटे.

मायक्रोस्कोपीचा मार्ग.

17 व्या शतकाच्या शेवटी जेव्हा पहिला सूक्ष्मदर्शक तयार करण्यात आला, तेव्हा क्वचितच कोणीही (किंवा त्याचा शोधकर्ता देखील) भविष्यातील यशांची आणि मायक्रोस्कोपीच्या असंख्य अनुप्रयोगांची कल्पना करू शकले नसते. मागे वळून पाहताना, आम्हाला खात्री आहे की या शोधाने नवीन उपकरणाच्या निर्मितीपेक्षा काहीतरी अधिक चिन्हांकित केले आहे: प्रथमच, एखादी व्यक्ती पूर्वी अदृश्य पाहण्यास सक्षम होती.

त्याच वेळी, आणखी एक घटना दुर्बिणीच्या शोधाची आहे, ज्यामुळे ग्रह आणि ताऱ्यांच्या जगात अदृश्य पाहणे शक्य झाले. सूक्ष्मदर्शक आणि दुर्बिणीचा शोध केवळ निसर्गाचा अभ्यास करण्याच्या पद्धतीतच नव्हे तर संशोधनाच्या पद्धतीतही क्रांती घडवून आणला.

खरंच, प्राचीन काळातील नैसर्गिक तत्त्ववेत्त्यांनी निसर्गाचे निरीक्षण केले, डोळ्याने जे पाहिले, त्वचेला काय वाटले आणि कानाने ऐकले तेच त्याबद्दल शिकले. "नग्न" इंद्रियांचा वापर करून आणि विशेष प्रयोग न करता त्यांना त्यांच्या सभोवतालच्या जगाविषयी किती अचूक माहिती मिळाली याचे आश्चर्य वाटू शकते, जसे ते आता करतात. त्याच वेळी, अचूक तथ्ये आणि तेजस्वी अंदाजांसह, प्राचीन आणि मध्ययुगातील शास्त्रज्ञांनी किती खोटी "निरीक्षणे", विधाने आणि निष्कर्ष सोडले!

खूप नंतर निसर्गाचा अभ्यास करण्याची एक पद्धत सापडली, ज्यात जाणीवपूर्वक नियोजित प्रयोग स्थापित करणे समाविष्ट आहे, ज्याचा उद्देश गृहीतके आणि स्पष्टपणे तयार केलेल्या गृहितकांची चाचणी घेणे आहे. फ्रान्सिस बेकन, त्याच्या निर्मात्यांपैकी एक, या संशोधन पद्धतीची वैशिष्ट्ये खालील, आता प्रसिद्ध, शब्दांमध्ये व्यक्त करतात: "प्रयोग करणे म्हणजे निसर्गाची चौकशी करणे." आधुनिक कल्पनांनुसार प्रायोगिक पद्धतीची पहिली पायरी होती. विनम्र, आणि बर्‍याच बाबतीत, त्या काळातील प्रयोगकर्ते इंद्रियांना “वर्धित” करणार्‍या कोणत्याही उपकरणांशिवाय करतात. सूक्ष्मदर्शक आणि दुर्बिणीच्या शोधामुळे निरीक्षण आणि प्रयोगाच्या शक्यतांमध्ये प्रचंड विस्तार झाला.

आधुनिक संकल्पनांच्या अनुषंगाने सर्वात सोप्या आणि अपूर्ण तंत्रज्ञानाचा वापर करून केलेल्या पहिल्या निरीक्षणांमध्ये, "पाण्याच्या थेंबामध्ये संपूर्ण जग" सापडले. असे दिसून आले की सूक्ष्मदर्शकाद्वारे तपासले असता परिचित वस्तू पूर्णपणे भिन्न दिसतात: डोळ्यांना गुळगुळीत आणि स्पर्श करणारे पृष्ठभाग प्रत्यक्षात खडबडीत असतात आणि असंख्य लहान जीव "स्वच्छ" पाण्यात फिरतात. त्याच प्रकारे, दुर्बिणीचा वापर करून प्रथम खगोलशास्त्रीय निरीक्षणांमुळे लोकांना ग्रह आणि तार्‍यांचे परिचित जग नवीन मार्गाने पाहणे शक्य झाले: उदाहरणार्थ, चंद्राचा पृष्ठभाग, सर्व पिढ्यांतील कवींनी गायलेला, असे दिसून आले. पर्वतीय आणि असंख्य खड्ड्यांसह ठिपके असलेला, आणि शुक्रामध्ये चंद्राप्रमाणेच टप्प्याटप्प्याने बदल झाल्याचे आढळले.

भविष्यात, ही साधी निरीक्षणे विज्ञानाच्या स्वतंत्र क्षेत्रांना जन्म देतील: मायक्रोस्कोपी आणि निरीक्षणात्मक खगोलशास्त्र. वर्षे निघून जातील, आणि यापैकी प्रत्येक क्षेत्र असंख्य परिणामांमध्ये विकसित होईल, जीवशास्त्र, औषध, तंत्रज्ञान, रसायनशास्त्र, भौतिकशास्त्र आणि नेव्हिगेशनमधील बर्याच भिन्न अनुप्रयोगांमध्ये व्यक्त केले जाईल.

आधुनिक मायक्रोस्कोप, ज्यांना, इलेक्ट्रॉनिकच्या विरूद्ध, आम्ही ऑप्टिकल म्हणू, ही परिपूर्ण उपकरणे आहेत जी उच्च रिझोल्यूशनसह उच्च आकारमान प्राप्त करण्यास परवानगी देतात. ज्या अंतरावर दोन समीप स्ट्रक्चरल घटक अजूनही स्वतंत्रपणे पाहिले जाऊ शकतात त्या अंतराने रिझोल्यूशन निर्धारित केले जाते. तथापि, संशोधनाने दाखविल्याप्रमाणे, प्रकाशाच्या लहरी स्वरूपामुळे होणार्‍या घटनांच्या ¾ विवर्तन आणि हस्तक्षेपामुळे ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपीने व्यावहारिकदृष्ट्या त्याच्या क्षमतेची मूलभूत मर्यादा गाठली आहे.

मोनोक्रोमॅटिकिटी आणि सुसंगततेची डिग्री हे कोणत्याही निसर्गाच्या (विद्युत चुंबकीय, ध्वनी इ.) लहरींचे एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे. मोनोक्रोमॅटिक कंपने ¾ ही स्पंदने असतात ज्यात एका विशिष्ट वारंवारतेच्या साइन लहरी असतात. जेव्हा आपण एका साध्या साइनसॉइडच्या रूपात दोलनांची कल्पना करतो, अनुक्रमे, स्थिर मोठेपणा, वारंवारता आणि टप्प्यासह, तेव्हा हे एक विशिष्ट आदर्शीकरण आहे, कारण, काटेकोरपणे सांगायचे तर, निसर्गात कोणतेही दोलन आणि लाटा नाहीत ज्यांचे अचूकपणे वर्णन केले गेले आहे. लाट तथापि, अभ्यास दर्शविल्याप्रमाणे, वास्तविक दोलन आणि लाटा जास्त किंवा कमी प्रमाणात अचूकतेसह आदर्श सायनसॉइडकडे जाऊ शकतात (मोनोक्रोमॅटिटीची जास्त किंवा कमी प्रमाणात). दोलन आणि जटिल आकाराच्या लहरींना सायनसॉइडल दोलन आणि लहरींचा संच म्हणून दर्शविले जाऊ शकते. खरं तर, हे गणितीय ऑपरेशन प्रिझमद्वारे केले जाते, जे सूर्यप्रकाशाचे रंग स्पेक्ट्रममध्ये विघटन करते.

प्रकाश लहरींसह मोनोक्रोमॅटिक लाटा, समान वारंवारतेच्या (विशिष्ट परिस्थितीत!) एकमेकांशी अशा प्रकारे संवाद साधू शकतात की परिणामी, "प्रकाश अंधारात बदलतो" किंवा, जसे ते म्हणतात, लाटा हस्तक्षेप करू शकतात. हस्तक्षेपादरम्यान, एकमेकांद्वारे लहरींचे स्थानिक "प्रवर्धन आणि दमन" होते. वेव्ह इंटरफेरन्स पॅटर्न कालांतराने अपरिवर्तित राहण्यासाठी (उदाहरणार्थ, ते डोळ्याने पाहताना किंवा फोटो काढताना), लाटा एकमेकांशी सुसंगत असणे आवश्यक आहे (दोन लाटा एकमेकांशी सुसंगत असतात जर ते स्थिर असतात. हस्तक्षेप नमुना, जो त्यांच्या फ्रिक्वेन्सीच्या समानतेशी आणि सतत फेज शिफ्टशी संबंधित आहे).

लहरींच्या प्रसाराच्या मार्गात अडथळे आणल्यास, ते या लहरींच्या प्रसाराच्या दिशेवर लक्षणीय परिणाम करतील. असे अडथळे पडद्यातील छिद्रांच्या कडा, अपारदर्शक वस्तू, तसेच लहरींच्या प्रसाराच्या मार्गातील इतर कोणत्याही प्रकारची असमानता असू शकतात. विशेषतः, ज्या वस्तू पारदर्शक असतात (दिलेल्या किरणोत्सर्गासाठी), परंतु अपवर्तक निर्देशांकात भिन्न असतात, आणि म्हणून त्यांच्यातील लाटा उत्तीर्ण होण्याच्या गतीमध्ये, ते देखील एकरूपता असू शकतात. जेव्हा लाटा अडथळ्यांजवळून जातात तेव्हा त्यांच्या प्रसाराची दिशा बदलण्याच्या घटनेला विवर्तन म्हणतात. विवर्तन सहसा हस्तक्षेप घटना दाखल्याची पूर्तता आहे.

मायक्रोस्कोपीची मर्यादा.

कोणत्याही ऑप्टिकल प्रणालीचा वापर करून प्राप्त केलेली प्रतिमा ही या प्रणालीतून जाणाऱ्या प्रकाश लहरीच्या विविध भागांच्या हस्तक्षेपाचा परिणाम आहे. विशेषतः, हे ज्ञात आहे की प्रणालीच्या प्रवेशद्वाराच्या बाहुल्याद्वारे प्रकाश लहरींचे निर्बंध (लेन्स, आरसे आणि डायाफ्रामच्या कडा जे ऑप्टिकल सिस्टम बनवतात) आणि विवर्तनाची संबंधित घटना या वस्तुस्थितीला कारणीभूत ठरते की प्रकाशमय बिंदू विवर्तन वर्तुळाच्या स्वरूपात चित्रित केला जाईल. ही परिस्थिती ऑप्टिकल सिस्टमद्वारे तयार केलेल्या प्रतिमेच्या लहान तपशीलांमध्ये फरक करण्याची क्षमता मर्यादित करते. उदाहरणार्थ, गोलाकार बाहुल्या (स्पॉटिंग स्कोप फ्रेम) द्वारे विवर्तन झाल्यामुळे असीम दूरच्या प्रकाश स्रोताची (तारा) प्रतिमा एक जटिल चित्र आहे (चित्र 1 पहा). या चित्रात तुम्ही एकाग्र प्रकाश आणि गडद वलयांचा संच पाहू शकता. प्रकाशाचे वितरण, जे तुम्ही चित्राच्या मध्यभागी वरून त्याच्या काठावर गेल्यास निश्चित केले जाऊ शकते, त्याऐवजी जटिल सूत्रांद्वारे वर्णन केले जाते, जे ऑप्टिक्स अभ्यासक्रमांमध्ये दिले जातात. तथापि, पहिल्या (चित्राच्या मध्यभागी) गडद रिंगच्या स्थितीत अंतर्भूत असलेले नमुने सोपे दिसतात. D द्वारे ऑप्टिकल प्रणालीच्या प्रवेशद्वाराच्या पुतळ्याचा व्यास आणि l द्वारे अनंत दूरच्या स्त्रोताद्वारे पाठवलेल्या प्रकाशाची तरंगलांबी दर्शवू.

तांदूळ. 1. चमकदार बिंदूची विवर्तन प्रतिमा (तथाकथित हवादार डिस्क).

पहिल्या गडद रिंगची त्रिज्या ज्या कोनात दिसते तो कोन j ने दर्शविला तर, ऑप्टिक्समध्ये सिद्ध केल्याप्रमाणे,

पाप j » 1,22 * ( l /D) .

अशाप्रकारे, वेव्हफ्रंटला ऑप्टिकल सिस्टीमच्या (प्रवेशद्वाराच्या बाहुली) कडांपर्यंत मर्यादित केल्यामुळे, अनंतावरील वस्तूशी संबंधित प्रकाशमय बिंदूची इमेजिंग करण्याऐवजी, आपल्याला विवर्तन रिंगांचा संच मिळतो. साहजिकच, ही घटना दोन जवळच्या बिंदू प्रकाश स्रोतांमध्ये फरक करण्याची क्षमता मर्यादित करते. खरंच, दोन दूरच्या स्त्रोतांच्या बाबतीत, उदाहरणार्थ, स्वर्गाच्या तिजोरीमध्ये एकमेकांच्या अगदी जवळ स्थित दोन तारे, निरीक्षणाच्या समतलामध्ये एकाग्र रिंगांच्या दोन प्रणाली तयार होतात. विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, ते ओव्हरलॅप होऊ शकतात आणि स्त्रोतांमधील फरक करणे अशक्य होते. हा योगायोग नाही की, वर दिलेल्या सूत्राच्या "शिफारस" नुसार, ते मोठ्या प्रवेशद्वाराच्या पुतळ्याच्या आकारासह खगोलशास्त्रीय दुर्बिणी तयार करण्याचा प्रयत्न करतात. रिझोल्यूशन मर्यादा ज्यावर दोन जवळच्या अंतरावरील प्रकाश स्रोतांचे निरीक्षण केले जाऊ शकते ते खालीलप्रमाणे निर्धारित केले आहे: निश्चिततेसाठी, रिझोल्यूशन मर्यादा दोन बिंदू प्रकाश स्रोतांच्या विवर्तन प्रतिमांची स्थिती मानली जाते ज्यावर प्रथम गडद रिंग पैकी एकाद्वारे तयार केली जाते. स्त्रोत दुसर्‍या स्त्रोताद्वारे तयार केलेल्या चमकदार स्पॉटच्या मध्यभागी असतात.

मायक्रोवर्ल्डच्या आधुनिक भौतिकशास्त्राचा संक्षिप्त सारांश :

1 . मायक्रोवर्ल्डमध्ये दोन प्रकारचे कण असतात, जे प्रामुख्याने आकारात भिन्न असतात: अल्ट्रा मायक्रो वर्ल्डच्या कणांपासून ( उदाहरणार्थ , फोटॉन ) आणि मायक्रोवर्ल्डचे कण ( उदाहरणार्थ , इलेक्ट्रॉन ). अतिसूक्ष्म जग हे सूक्ष्म जगाच्या कणांपेक्षा तीन क्रमाने लहान असते . सामान्यतः 10 ते उणे अठराव्या पॉवर .

2. तर आपल्याकडे कण गतीच्या तीन दिशा आहेत ( तांदूळ .1 ) आणि , अनुक्रमे , फील्डसाठी तीन जागा : गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र , विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्र . या आधारावर, आपण तिन्ही क्षेत्रांच्या एकत्रित स्वरूपाबद्दल बोलू शकतो आणि ते , की तिन्ही क्षेत्रे सूक्ष्म जगतात एकमेकांपासून अविभाज्य आहेत . ( निसर्गात पदार्थ आहेत , स्वतंत्रपणे चुंबकीय क्षेत्र किंवा विद्युत क्षेत्र तयार करणे ). या विधानाचा परिणाम म्हणून, जर चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत प्रवाहासाठी कंडक्टरचा परिचय झाला , मग त्याचा विद्युत क्षेत्रावर परिणाम होऊ शकत नाही , जे नेहमी चुंबकीय क्षेत्रासाठी ऑर्थोगोनल असते .

3. त्याकडे लक्ष देऊया , मायक्रोवर्ल्डच्या प्रत्येक कणाला आणखी तीन अंश स्वातंत्र्य आहे , जे रोटेशनल हालचालीसाठी वापरले जातात . अंजीर पहा. 1 . भौतिकशास्त्रज्ञ हॉपकिन्स म्हणतात , ती जागा वेळेत बदलू शकते आणि उलट . हे विधान कसे समजून घ्यावे ? आपल्याला ऊर्जा संवर्धनाचा नियम माहित आहे , जे वाचते : शरीराच्या गतिज आणि संभाव्य उर्जेची बेरीज स्थिर असते . सूक्ष्म जगाच्या अवकाशातील कणाची गती दोलनात्मक असते . दोन हालचालींच्या जोडणीचा परिणाम म्हणजे दोलन गती : अनुवादात्मक आणि रोटेशनल . किनेमॅटिक एनर्जी ही ट्रान्सलेशनल मोशनची ऊर्जा आहे , आणि क्षमता म्हणजे वेगवेगळ्या प्रकारे अवकाशात गतिहीन शरीराची साठवलेली ऊर्जा . ट्रान्सलेशनल मोशन अंतराळात चालते , आणि वेळेत घूर्णी आणि या हालचालींना गणितीय सीमा परिस्थिती असते , ज्याबद्दल भौतिकशास्त्रज्ञ हॉपकिन्स यांनी आम्हाला सांगितले .

4. माझा विश्वास आहे , अल्ट्रा मायक्रोकॉझमचे सर्व कण केवळ कंपन वारंवारतामध्ये एकमेकांपासून वेगळे असतात . उदाहरणार्थ , अल्ट्रा व्हायोलेट आणि इन्फ्रा लाईट : समान फोटॉन , परंतु भिन्न फ्रिक्वेन्सीसह . माझा विश्वास आहे , ती वारंवारता ऊर्जा साठवणुकीचा एक प्रकार आहे , ट .इ. वारंवारता कणाच्या गतिज आणि संभाव्य उर्जेचे प्रमाण निर्धारित करते . आइन्स्टाईनचे सूत्र केवळ हलत्या कणाची गतीज ऊर्जा विचारात घेते , मग या सूत्राला समायोजन आवश्यक आहे . वरवर पाहता , कणाच्या वस्तुमानानुसार आपल्याला विशिष्ट वस्तुमान समजून घेणे आवश्यक आहे , ट . e . कंपन वारंवारता द्वारे तयार केलेल्या व्हॉल्यूमचे वस्तुमान : कणाचे वस्तुमान कंपन मोठेपणाच्या गुणाकाराने आणि तरंगलांबीचे क्षेत्रफळ किंवा या तरंगाच्या गणितीय अपेक्षेने भागले पाहिजे.

5. सूक्ष्म जगाच्या प्रत्येक प्राथमिक कणामध्ये स्वतःच्या वारंवारतेसह स्वतःचे विशिष्ट प्रकारचे अल्ट्रा सूक्ष्म कण असतात.. उदाहरणार्थ , इलेक्ट्रॉनमध्ये समान वारंवारतेचे फोटॉन असतात ( नवीन नावाखाली: “ bions ”), परंतु उत्सर्जित फोटॉनची वारंवारता इलेक्ट्रॉनच्या विशिष्ट कक्षाच्या परिस्थितीनुसार समायोजित केली जाते . आकृती 4 या गृहीतकाचा पुरावा देते. : सर्व विद्युत चुंबकीय लहरी एका विशिष्ट कक्षेत समान लांबी आणि मोठेपणा असणे आवश्यक आहे . परंतु कक्षेतून दुसर्‍या कक्षेत संक्रमण वारंवारता पॅरामीटर्समध्ये बदलासह होते : ट . e . मोठेपणा आणि तरंगलांबी . प्रत्येक कक्षाची स्वतःची संभाव्य ऊर्जा पातळी असते ep gii , ऊर्जा संवर्धन कायद्याचा परिणाम म्हणून . कारण पी e मायक्रोवर्ल्डच्या प्राथमिक कणातून क्वार्क उर्जेचे गुलर एस्केप अनुनाद घटना घडवू शकते .

कक्षामध्ये इलेक्ट्रॉनच्या ब्लॉकला टॉर्क असतो , जे इलेक्ट्रॉन वस्तुमान आणि कक्षीय त्रिज्या यांचे उत्पादन आहे , ज्यामुळे कक्षा स्वतःच फिरतात . अणूमधील इलेक्ट्रॉनची प्रत्येक कक्षा ही स्वाभाविकच एक विद्युत बंद सर्किट असते आणि त्यामुळे स्वतःभोवती एक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड तयार होते.. त्यामुळे कक्षेत इलेक्ट्रॉनचा वेग सारखाच असतो , इलेक्ट्रिकल सर्किट प्रमाणे . हे क्षेत्र इलेक्ट्रॉनला न्यूक्लियसच्या प्रोटॉनच्या जवळ येण्यापासून रोखते . चुंबकीय क्षेत्र रेषांची दिशा गिमलेट नियम वापरून निर्धारित केली जाऊ शकते .

7 . भौतिक साहित्य हे सूचित करते , की इलेक्ट्रॉनला फिरकी 2. खरंच , जेव्हा फोटॉन सोडला जातो तेव्हा तो 90 अंश फिरतो , ट . e . 1 द्वारे / 2 मागचा भाग त्याच्या मूळ स्थितीकडे परत येतो , जे आणखी 1 देते / 2 मागे . मग तो वळणाचा काठ बदलतो आणि पुन्हा 1 / 2 आणि 1 / 2 , ट . e . एकूण फिरकी 2 आहे .

7. आमचे ब्रह्मांड - भौतिकदृष्ट्या बंद जागा . हे भौतिक स्थिरांकांद्वारे मर्यादित आहे : उदाहरणार्थ , प्रकाशाचा वेग 300,000 किमी प्रति सेकंद किंवा तापमान मर्यादा 273 आहे , 16 अंश सेल्सिअस . म्हणून, ते ऊर्जा संरक्षणाच्या कायद्याचे पालन करते आणि म्हणूनच ते कोट्यावधी वर्षांपासून अस्तित्वात आहे . हे तथ्य कसे स्पष्ट केले जाऊ शकते? , की कक्षेतील ग्रहांची हालचाल थांबलेली नाही ? गृहीत धरून , की स्फोटाच्या आवेगानंतर ग्रह जडत्वाने हलतात , तर कोट्यवधी वर्षांतील ही ऊर्जा उल्का आणि सौर वाऱ्याच्या चकमकींमुळे काही प्रमाणात नष्ट होईल.. नोंद , अतिसूक्ष्म जगाचे कण, हालचाल करताना, त्यांच्या हालचालीच्या मार्गाभोवती दोलन हालचाली करतात, ट . e . त्यांची हालचाल ही एका विशिष्ट वारंवारतेची दोलन प्रक्रिया आहे . निसर्गातील दोलन प्रक्रिया म्हणजे संभाव्य ऊर्जेचे गतिज ऊर्जेमध्ये आणि मागे संक्रमण. यावरून पुढे येते की , बंद जागेत कोणत्याही शरीराची हालचाल वारंवारतेच्या यंत्रणेद्वारे संभाव्य उर्जेचा साठा वापरला पाहिजे.

तापमान का अस्तित्वात आहे हे आम्हाला माहित नाही , व्हॅक्यूम मर्यादा आणि प्रकाशाचा मर्यादित वेग . कदाचित क्रायोप्लाझ्मा आहे , ब्लॅक होलसारखे काहीतरी , करार ene p giyu काही प्रमाणात , ज्यानंतर महास्फोट होतो .

8. प्रायोगिकदृष्ट्या, शास्त्रज्ञांना प्रकाशाचा वेग किंवा शून्य केल्विन तापमानापर्यंत पोहोचता आलेले नाही. . त्यांनी त्यांना या मर्यादेच्या अगदी जवळ आणले आहे . या प्रयोगांसाठी प्रचंड ऊर्जा खर्च करावी लागली . अशा प्रकारे हे स्थापित केले गेले , की कमी प्रमाणात असलेल्या प्रदेशात प्रचंड ऊर्जा खर्च होतो . आपल्याला शास्त्रीय भौतिकशास्त्रातून बल सूत्र माहित आहे एफ जेव्हा लोक संवाद साधतात : मी 1 एम 2 कुठे आर जनतेमधील अंतर आहे :

F = m 1 *एम 2 /r^ 2 . प्रोटॉन किंवा इलेक्ट्रॉनचे वजन सुमारे 0 असते , 91 * 10 ते पॉवर वजा 31 किग्रॅ ( वस्तुमान हा कमी परिमाणाचा क्रम आहे ), घनता 6 , 1 * 10 ते 17 वी पॉवर किग्रॅ / मी ^ 3 . कमकुवत परस्परसंवादातील कणांमधील अंतर ( 2 * 10 ते उणे 1 5 अंश ) मी आणि मजबूत संवादासह ( 10 ते उणे 18 वी पॉवर ) ज्ञात . तथापि, या कणांच्या आकर्षण शक्तीची गणना करताना, वस्तुस्थिती लक्षात घेतली पाहिजे , की प्रत्येक सूक्ष्म कण एक सूक्ष्म दोलन सर्किट आहे . दिसत o बिंदूचे स्पष्टीकरण 10. मायक्रोवर्ल्डच्या कणांच्या परस्परसंवादाच्या गणनेसाठी शास्त्रीय भौतिकशास्त्राच्या सूत्राचा वापर आपल्याला दर्शविते की , शास्त्रीय भौतिकशास्त्र आणि क्वांटम किंवा सापेक्षतावादी यांच्यात कोणतीही सीमा नाही .

9. चार्ज केलेल्या वस्तू , उदाहरणार्थ , इलेक्ट्रॉन केवळ इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डच नाही तर विद्युत प्रवाह देखील कारणीभूत आहे. या दोन घटनांमध्ये लक्षणीय फरक आहे. इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डच्या उदयासाठी, स्थिर शुल्क आवश्यक असते, ते कसे तरी अंतराळात निश्चित केलेले असते आणि विद्युत प्रवाहाच्या उदयासाठी, त्याउलट, मुक्त, स्थिर चार्ज केलेल्या कणांची उपस्थिती आवश्यक असते, जे स्थिर शुल्काच्या इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डमध्ये असतात. राज्यात या फील्ड लाईनसह क्रमबद्ध हालचाली . उदाहरणार्थ , विद्युत स्त्राव स्थिर वीज , मेघगर्जना मध्ये केंद्रित - वीज . ही चळवळ आहे वीज .

10. परंतु विद्युत प्रवाहाच्या घटनेचे आणखी एक कारण आहे . प्रत्येक अल्ट्रा आणि मायक्रो इलेक्ट्रॉन प्रकारच्या कणाची स्वतःची कंपन वारंवारता असते आणि , म्हणून , एक मायक्रो ऑसीलेटिंग सर्किट आहे , ज्याला जोसेफ थॉमसनचे सूत्र लागू होते :

f = 1/2 P चे वर्गमूळ आहे L*C, कुठे L = 2*EL/I चौरस आणि

C = 2* Ec/U चौरस , जेथे ई 1 c आणि e 1 अनुक्रमे विद्युत क्षेत्र आणि चुंबकीय प्रवाहाची ऊर्जा आहे . सूत्र दरम्यान एक स्थिर संबंध दाखवते L( हेन्री मध्ये , ) आणि सी ( farads मध्ये , जे सेंटीमीटरमध्ये रूपांतरित केले जातात ).

( मध्ये इंडक्टन्सचे एकक प्रणाली GHS; १ सेमी = 1·10 -9 शुभ रात्री ( हेन्री ), सेमी , सेमी ... क्षमता, सेंटीमीटर - मध्ये क्षमतेचे एकक प्रणाली GHS = 1·10 -12 f ( फारड्स ), सेमी . )

जर या परिमाणांची परिमाणे सेंटीमीटरमध्ये असतील , मग या सूत्राचा भाजक परिघ आहे . त्यामुळे , इलेक्ट्रॉनच्या सभोवतालचे विद्युत क्षेत्र ही समाक्षीय वर्तुळांची मालिका आहे . वर्तुळाच्या त्रिज्यामध्ये वाढ झाल्यामुळे, अतिसूक्ष्म कणांच्या हालचालीचा वेग या कालावधीपासून वाढला पाहिजे. , म्हणजेच इलेक्ट्रॉन कंपन वारंवारता -f स्थिर . याचा परिणाम अधिक दूरच्या कणांसाठी गतीज उर्जेचा वापर वाढतो आणि कंडक्टरमध्ये विद्युत प्रवाह प्रवृत्त करण्याची त्यांची क्षमता कमी होते.

पण चित्र 3 कडे लक्ष देऊया , ते कुठे दाखवले आहे , जे वेक्टर ई 1 सह आणि ई 1 अंतराळात विभक्त आणि परस्पर ऑर्थोगोनल . कंडक्टरमध्ये विद्युत प्रवाह प्रवृत्त करताना ही परिस्थिती लक्षात घेतली पाहिजे . जर आपण उर्जेच्या संवर्धनाचा नियम E या परिमाणांवर लागू केला 1 आणि ई 1 सह , नंतर ई 1 इलेक्ट्रॉनच्या फिरत्या प्रवाहाची गतीज ऊर्जा आहे -मी, ए इ 1 c ही विद्युत क्षेत्राची संभाव्य ऊर्जा त्याच्या सामर्थ्याचे कार्य आहे यू. ऊर्जा E1 एल आणि E1c प्रतिक्रियाशील . मायक्रोवर्ल्ड कणांच्या बाबतीत, त्यांचे वेक्टर OS च्या समन्वय अक्षासाठी ऑर्थोगोनल असतात. , परंतु ऑर्थोगोनल कोऑर्डिनेट्सच्या वेगवेगळ्या प्लेनमध्ये आहेत . (सी तांदूळ पहा . 2 ). दोन्ही वेक्टर अवकाशात विभक्त आहेत . म्हणून, त्यांचे परस्पर उच्चाटन होत नाही आणि मायक्रोपार्टिकल्सची वारंवारता कालांतराने क्षय होत नाही .

इलेक्ट्रिकल सर्किट्समध्ये, प्रतिक्रिया सामान्यतः X द्वारे दर्शविली जाते , आणि पर्यायी वर्तमान सर्किट्समधील एकूण प्रतिकार Z, सक्रिय प्रतिकार - आर आणि सर्व प्रतिकारांच्या बेरीजला प्रतिबाधा म्हणतात . Z = R+jX

प्रतिबाधा परिमाण हे व्होल्टेज आणि करंट अॅम्प्लिट्यूड्सचे गुणोत्तर आहे, तर फेज हा व्होल्टेज आणि करंटच्या टप्प्यांमधील फरक आहे.

तर एक्स >0 प्रतिक्रिया प्रेरक असल्याचे म्हटले जाते

तर एक्स =0 प्रतिबाधा पूर्णपणे प्रतिरोधक (सक्रिय) असल्याचे म्हटले जाते

EU की नाही एक्स <0 говорят, что реактивное сопротивлние является ёмкостным .

वास्तविक oscillatory सर्किट मध्ये , वापरले , उदाहरणार्थ , रेडिओ अभियांत्रिकी मध्ये , आपण प्रतिक्रियात्मक प्रेरक उर्जेची भरपाई कॅपेसिटिव्ह रिऍक्टिव्ह एनर्जीने करू शकतो कारण कॅपेसिटिव्ह रिऍक्टन्सने वर्तमान सदिश व्होल्टेजला पुढे नेतो आणि प्रेरक अभिक्रियामुळे वर्तमान सदिश व्होल्टेजच्या 90 अंशांनी मागे राहतो आणि ते एकाच समतलात असतात परंतु एकाच वेळी नसतात.. इंडक्टन्सच्या वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे त्यातून सतत वाहणारा विद्युत् प्रवाह चालू ठेवण्याची क्षमता, त्यानंतर जेव्हा लोड करंट वाहतो तेव्हा अ. फेज शिफ्ट वर्तमान आणि व्होल्टेज दरम्यान (फेज अँगलद्वारे व्होल्टेजच्या मागे वर्तमान "लॅग"). फेज शिफ्टच्या कालावधीत वर्तमान आणि व्होल्टेजची भिन्न चिन्हे, परिणामी, इंडक्टन्सच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डची उर्जा कमी होते, जी नेटवर्कमधून पुन्हा भरली जाते. बहुतेक औद्योगिक ग्राहकांसाठी, याचा अर्थ खालीलप्रमाणे आहे: वीज स्त्रोत आणि ग्राहक यांच्यातील नेटवर्कमध्ये, उपयुक्त कार्य करणारी सक्रिय उर्जा व्यतिरिक्त, उपयुक्त कार्य न करणारी प्रतिक्रियाशील ऊर्जा देखील वाहते.

वरीलवरून ते पुढे येते , काय डी विद्युत प्रवाहाच्या अस्तित्वासाठी, बाहेरून कंडक्टरला फॉर्ममध्ये ऊर्जा पुरवठा करणे आवश्यक आहे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड

अतिरिक्त स्पष्टीकरण . क्षमता आर इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या वळणांच्या संख्येसह वाढते .

R = 1/(2 π * C * f), कुठे f- वारंवारता , आणि क- क्षमता .

अधिष्ठाता L=N 2 * μ *ए/एल,

कुठे एल- अधिष्ठापन , एन- वायर कंडक्टरच्या वळणांची संख्या, µ - कोर चुंबकीय पारगम्यता गुणांक , अ- कोर खंड , l - सरासरी कोर लांबी .

f = 1/(2 π * √ (L * C))

त्यामुळे , R = 1/(4π 2 *C*N*√( μ*A/l)).

फोटॉनचे गुणधर्म समजून घेण्यासाठी, एक साधा प्रयोग करूया. त्याच उंचीवरून समान वजनाचे दोन गोळे स्टीलच्या प्लेटवर टाकू. एक बॉल प्लास्टिसिनचा बनलेला आहे आणि दुसरा बॉल आहे- स्टील हे लक्षात घेणे सोपे आहे की प्लेटमधून रिबाउंडची तीव्रता त्यांच्यासाठी वेगळी आहे आणि स्टील बॉलसाठी मोठी आहे. रिबाउंडची परिमाण बॉल सामग्रीच्या लवचिक विकृतीद्वारे निर्धारित केली जाते. आता स्टोव्हवर प्रकाशाचा किरण निर्देशित करूयाa , म्हणजे, फोटॉनचा प्रवाह. ऑप्टिक्सवरून हे ज्ञात आहे की बीमच्या घटनांचा कोन परावर्तनाच्या कोनाइतकाच असतो. जेव्हा दोन शरीरे एकमेकांना भिडतात तेव्हा ते त्यांच्या वस्तुमानाच्या प्रमाणात उर्जेची देवाणघेवाण करतात. फोटॉन बीमच्या बाबतीत, नंतरचे फक्त मोशन वेक्टर बदलते. फोटॉनच्या लवचिक विकृतीचे, म्हणजे अतिलवचिकतेचे विलक्षण उच्च मूल्य आहे हे या वस्तुस्थितीवरून दिसून येत नाही का? शेवटी, आम्ही काही मिश्र धातुंच्या सुपरप्लास्टिकिटीच्या घटनेशी परिचित आहोत.

11. सूक्ष्म जगामध्ये लवचिक विकृतीची भूमिका काय आहे? आपल्याला माहित आहे की संकुचित स्प्रिंगमध्ये संभाव्य ऊर्जा असते, ज्याची तीव्रता जितकी जास्त असेल तितकी स्प्रिंगची लवचिक विकृती जास्त असते. आम्हाला माहित आहे की दोलन प्रक्रियेदरम्यान, संभाव्य उर्जा गतिज उर्जेमध्ये बदलते आणि त्याउलट. हे देखील ज्ञात आहे की मायक्रोवर्ल्डचे सर्व कण दोलन गती घेतात, म्हणजेच त्यांची स्वतःची दोलन वारंवारता असते, ज्यामुळे कणभोवती इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड तयार होते. अशा प्रकारे, सूक्ष्म जगाचा प्रत्येक कण रेडिओ अभियांत्रिकी दोलन सर्किट सारखा सूक्ष्म दोलन सर्किट आहे. म्हणून, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डने कणामध्ये टॉर्क तयार करणे आवश्यक आहे:M = r i *एफ i , आय - या क्षणाचा एक विशिष्ट बिंदू कुठे आहे. लक्षात घ्या की मायक्रोपार्टिकलची वारंवारता वेळेनुसार बदलत नाही. त्यामुळे, टॉर्कची तीव्रता आणि त्यास कारणीभूत विद्युत प्रवाहाची तीव्रता वेळेनुसार बदलत नाही. आणि हे केवळ सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या बाबतीतच शक्य आहे!

हा टॉर्क कणाला X आणि Y अक्षांभोवती क्रमाक्रमाने फिरवतो, ज्यामुळे लवचिक टॉर्सनल विकृती निर्माण होते. हे अतिलवचिक विकृती कण त्याच्या मूळ स्थितीकडे परत आणतात. अशाप्रकारे, अक्षाच्या बाजूने अंतराळात कणाच्या हालचालीच्या गतिज उर्जेमध्ये लवचिक टॉर्शनल विकृतीमध्ये अंतर्निहित संभाव्य उर्जेच्या संक्रमणासह कणाची दोलन गती तयार केली जाते.झेड .

अशा संक्रमणाची यंत्रणा पेस्टची नळी फिरवण्यासारखी कल्पना केली जाऊ शकते. खरं तर, व्हॉल्यूममधील बदलामुळे ट्यूबच्या छिद्रातून पेस्ट बाहेर काढली जाते, जी ट्यूबच्या वळणाच्या प्लेनला लंब स्थित असते. या अंतर्गत आवेगामुळे कण अक्षाच्या बाजूने फिरतोझेड. एक उच्च-कार्यक्षमता नॅनोमोटर उदयास आला. तथाकथित लॉन्ड्री व्हीलमध्ये असेच काहीतरी पाहिले जाऊ शकते. जर अशा चाकाचा अक्ष निश्चित नसेल, तर फिरत्या चाकाऐवजी आपल्याला ट्रान्सलेशनल रोलिंग मोशन मिळेल. हे इंजिन कार्यान्वित करण्यासाठी, लवचिक टॉर्शनल विकृतीच्या असामान्यपणे उच्च मूल्यांसह सामग्री तयार करणे आवश्यक आहे. मग प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करण्याचा मार्ग खुला होईल.

12. सूक्ष्म कणांचे असे अत्यंत उच्च गुणधर्म शून्य केल्विनच्या जवळ असलेल्या तापमानात पदार्थांमध्ये निर्माण होतात. केल्विन तापमानात क्रायोप्लाझमचे प्रतिनिधित्व करणारे पदार्थ ठराविक काळाने काही प्रकारच्या ब्लॅक होलमध्ये आकुंचन पावत नाहीत का? ही बाब, त्याच्या अलौकिक गुणधर्मांमुळे, संभाव्य ऊर्जेचा संचयक नाही का, जी जेव्हा ती गंभीर पातळीवर पोहोचते तेव्हा स्फोटाने गतिज उर्जेमध्ये रूपांतरित होते?

क्वांटम ऑप्टिक्स. मायक्रोवर्ल्डचे भौतिकशास्त्र. आण्विक भौतिकशास्त्र.

थर्मल विकिरण- सतत स्पेक्ट्रमसह इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन, त्यांच्या थर्मल उर्जेमुळे गरम झालेल्या शरीराद्वारे उत्सर्जित होते.

उदाहरणऔष्णिक विकिरण हे इनॅन्डेन्सेंट दिव्यापासून प्रकाश आहे.

निरपेक्ष काळ्या शरीराचे निकष पूर्ण करणाऱ्या वस्तूच्या थर्मल रेडिएशनच्या शक्तीचे वर्णन केले आहे. स्टीफन-बोल्ट्झमन कायदा.

शरीराच्या उत्सर्जित आणि शोषक क्षमतांमधील संबंध वर्णन केले आहेत किर्चहॉफचा रेडिएशन कायदा.

थर्मल रेडिएशन हे थर्मल ऊर्जा हस्तांतरणाच्या तीन प्राथमिक प्रकारांपैकी एक आहे.

इक्विलिब्रियम रेडिएशन हे थर्मल रेडिएशन आहे जे पदार्थासह थर्मोडायनामिक समतोलमध्ये असते.

थर्मल रेडिएशनची मुख्य परिमाणवाचक वैशिष्ट्ये आहेत:
- उत्साही प्रकाश थर्मल रेडिएशनच्या तरंगलांबीच्या संपूर्ण श्रेणीतील विद्युत चुंबकीय किरणोत्सर्गाच्या ऊर्जेचे प्रमाण आहे जे प्रति युनिट वेळेच्या एकक पृष्ठभागाच्या क्षेत्रापासून सर्व दिशांना शरीराद्वारे उत्सर्जित होते: R = E/(S t), [J/(m 2 s)] = [W /m 2] ऊर्जेची चमक शरीराच्या स्वरूपावर, शरीराचे तापमान, शरीराच्या पृष्ठभागाची स्थिती आणि किरणोत्सर्गाच्या तरंगलांबीवर अवलंबून असते.
- वर्णक्रमीय प्रकाश घनता - दिलेल्या तपमानावर दिलेल्या तरंगलांबीसाठी (λ + dλ) शरीराची ऊर्जावान प्रकाशमानता (T + dT): R λ, T = f(λ, T).
विशिष्ट तरंगलांबीमधील शरीराची ऊर्जावान प्रकाशमानता T = const साठी R λ, T = f(λ, T) एकत्रित करून मोजली जाते:

शोषण गुणांक- शरीराद्वारे शोषलेल्या ऊर्जेचे घटना उर्जेचे गुणोत्तर. तर, जर फ्लक्स dФ inc चे रेडिएशन शरीरावर पडले तर त्याचा एक भाग शरीराच्या पृष्ठभागावरून परावर्तित होतो - dФ neg, दुसरा भाग शरीरात जातो आणि अंशतः उष्णता dФ abs मध्ये बदलतो आणि तिसरा भाग , अनेक अंतर्गत प्रतिबिंबांनंतर, शरीरातून बाहेरून dФ inc : α = dФ abs./dФ खाली जाते.

स्टीफन-बोल्ट्झमन कायदा- ब्लॅक बॉडी रेडिएशनचा नियम. पूर्णपणे काळ्या शरीराच्या किरणोत्सर्गाच्या शक्तीचे त्याच्या तापमानावर अवलंबित्व निश्चित करते. कायद्याचे विधान:

काळेपणा कुठे आहे (सर्व पदार्थांसाठी, पूर्णपणे काळ्या शरीरासाठी). किरणोत्सर्गासाठी प्लँकचा नियम वापरून, स्थिरांक अशी व्याख्या करता येईल

प्लँकचा स्थिरांक कुठे आहे, बोल्टझमनचा स्थिरांक कुठे आहे आणि प्रकाशाचा वेग आहे.

संख्यात्मक मूल्य J s −1 m −2 K −4.

जे. स्टीफन आणि एल. बोल्ट्झमन यांनी स्वतंत्रपणे हा नियम शोधला होता की रेडिएशन ऊर्जा घनता त्याच्या दाबाच्या प्रमाणात आहे. 1880 मध्ये लिओ ग्रेट्झ यांनी पुष्टी केली.

हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की कायदा केवळ उत्सर्जित केलेल्या एकूण उर्जेबद्दल बोलतो. रेडिएशन स्पेक्ट्रमवरील ऊर्जा वितरणाचे वर्णन प्लँकच्या सूत्राद्वारे केले जाते, त्यानुसार स्पेक्ट्रममध्ये एक कमाल आहे, ज्याची स्थिती विएनच्या कायद्याद्वारे निर्धारित केली जाते.

किर्चहॉफचा रेडिएशन कायदा.

आधुनिक मध्ये शब्दरचना 3कायदा याप्रमाणे जातो:

कोणत्याही शरीराच्या उत्सर्जिततेचे प्रमाण आणि शोषण क्षमतेचे गुणोत्तर दिलेल्या तापमानावरील सर्व शरीरांसाठी दिलेल्या वारंवारतेसाठी समान असते आणि ते त्यांच्या आकारावर आणि रासायनिक स्वरूपावर अवलंबून नसते.

हे ज्ञात आहे की जेव्हा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन एखाद्या विशिष्ट शरीरावर पडतो तेव्हा त्याचा काही भाग परावर्तित होतो, काही भाग शोषला जातो आणि काही भाग प्रसारित केला जाऊ शकतो. दिलेल्या वारंवारतेवर शोषलेल्या किरणोत्सर्गाचा अंश म्हणतात शोषण क्षमताशरीर दुसरीकडे, प्रत्येक तापलेले शरीर काही नियमानुसार ऊर्जा उत्सर्जित करते शरीराची उत्सर्जन.

एका शरीरातून दुसर्‍या शरीरात जाताना ची मूल्ये आणि मोठ्या प्रमाणात बदलू शकतात, तथापि, किर्चहॉफच्या रेडिएशनच्या नियमानुसार, उत्सर्जित आणि शोषण क्षमतेचे गुणोत्तर शरीराच्या स्वरूपावर अवलंबून नसते आणि वारंवारताचे सार्वत्रिक कार्य आहे ( तरंगलांबी) आणि तापमान:

व्याख्येनुसार, पूर्णपणे काळे शरीर त्यावरील सर्व रेडिएशन घटना शोषून घेते, म्हणजेच त्याच्यासाठी. म्हणून, फंक्शन स्टीफन-बोल्टझमन कायद्याने वर्णन केलेल्या पूर्णपणे काळ्या शरीराच्या उत्सर्जिततेशी एकरूप होते, परिणामी कोणत्याही शरीराची उत्सर्जनक्षमता केवळ त्याच्या शोषण क्षमतेवर आधारित आढळू शकते.

वास्तविक शरीरांची शोषण क्षमता एकतेपेक्षा कमी असते आणि म्हणूनच पूर्णपणे काळ्या शरीरापेक्षा कमी उत्सर्जन क्षमता असते. ज्या शरीराची शोषण क्षमता वारंवारतेवर अवलंबून नसते त्यांना राखाडी म्हणतात. त्यांच्या स्पेक्ट्राचे स्वरूप अगदी काळ्या शरीरासारखेच असते. सर्वसाधारणपणे, शरीराची शोषण क्षमता वारंवारता आणि तापमानावर अवलंबून असते आणि त्यांचा स्पेक्ट्रम पूर्णपणे काळ्या शरीराच्या स्पेक्ट्रमपेक्षा लक्षणीय भिन्न असू शकतो. वेगवेगळ्या पृष्ठभागाच्या उत्सर्जनाचा अभ्यास स्कॉटिश शास्त्रज्ञ लेस्ली यांनी स्वतःचा शोध वापरून केला - लेस्ली क्यूब.

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) ही पदार्थासह प्रकाशाच्या परस्परसंवादाची घटना आहे, ज्याच्या परिणामी फोटॉनची ऊर्जा पदार्थाच्या इलेक्ट्रॉनमध्ये हस्तांतरित केली जाते. च्या साठी घन आणि द्रवशरीरे बदलतात बाह्य आणि अंतर्गत फोटोइफेक्ट. बाह्य सहफोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये, फोटॉनचे शोषण शरीराबाहेर इलेक्ट्रॉनच्या उत्सर्जनासह होते. अंतर्गत सहफोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये, अणू, रेणू आणि आयनमधून फाटलेले इलेक्ट्रॉन पदार्थाच्या आत राहतात, परंतु इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा बदलते. वायूंमध्येफोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये फोटोओनायझेशनची घटना असते - प्रकाशाच्या प्रभावाखाली अणू आणि गॅस रेणूंमधून इलेक्ट्रॉन काढून टाकणे.

वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याचे गुणात्मक दृश्यफोटोसेल, म्हणजेच कॅथोडवर सतत प्रकाश प्रवाहाच्या घटनेसाठी कॅथोड आणि एनोडमधील व्होल्टेजवर फोटोक्युरंटचे अवलंबित्व, अंजीर मध्ये सादर केले आहे. १.१३.

तांदूळ. १.१३.

सकारात्मक व्होल्टेजप्रवेगक विद्युत क्षेत्राशी संबंधित आहे ज्यामध्ये कॅथोडमधून बाहेर पडणारे इलेक्ट्रॉन पडतात. म्हणून, सकारात्मक व्होल्टेजच्या प्रदेशात, कॅथोडद्वारे उत्सर्जित होणारे सर्व इलेक्ट्रॉन एनोडपर्यंत पोहोचतात, ज्यामुळे संपृक्तता फोटोकरंट होते.

लहान पॉझिटिव्ह येथे फोटोकरंटमध्ये थोडीशी घटव्होल्टेज, जे प्रयोगांमध्ये दिसून येते, कॅथोड आणि एनोडमधील संपर्क संभाव्य फरकाशी संबंधित आहे. खाली, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाच्या नियमांवर चर्चा करताना, आम्ही संपर्क संभाव्य फरकाच्या प्रभावाकडे दुर्लक्ष करू.

नकारात्मक व्होल्टेजवरकॅथोडद्वारे उत्सर्जित होणारा इलेक्ट्रॉन मंद गतीने चालणाऱ्या विद्युत क्षेत्रात प्रवेश करतो, ज्यावर काही प्रमाणात गतिज ऊर्जा असेल तरच त्यावर मात करू शकते. कमी गतीज उर्जा असलेले इलेक्ट्रॉन, कॅथोडमधून बाहेर पडल्यानंतर, ब्रेकिंग फील्डवर मात करू शकत नाही आणि एनोडवर जाऊ शकत नाही. असा इलेक्ट्रॉन फोटोक्युरंटमध्ये योगदान न देता कॅथोडकडे परत येतो. म्हणून, नकारात्मक व्होल्टेजच्या क्षेत्रामध्ये फोटोक्युरंटमध्ये सहज घट दर्शविते की कॅथोडमधून बाहेर पडलेल्या फोटोइलेक्ट्रॉनची गतीशील ऊर्जा मूल्ये भिन्न आहेत.

काही नकारात्मक व्होल्टेजवर, ज्याचे मूल्य रिटार्डिंग व्होल्टेज (संभाव्य) असे म्हणतात, फोटोकरंट शून्याच्या बरोबरीचे होते. संबंधित ब्रेकिंग इलेक्ट्रिक फील्ड कॅथोडमधून बाहेर पडणाऱ्या सर्व इलेक्ट्रॉन्सना विलंब करते, ज्यामध्ये जास्तीत जास्त गतीज उर्जा असलेल्या इलेक्ट्रॉनांचा समावेश होतो.

रिटार्डिंग व्होल्टेज मोजून, ही कमाल ऊर्जा किंवा फोटोइलेक्ट्रॉनची कमाल गती संबंधांवरून ठरवता येते.

.

(1.54)

खालील प्रायोगिकरित्या स्थापित केले गेले फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाची मूलभूत तत्त्वे:

1. एका विशिष्ट तरंगलांबीच्या मोनोक्रोमॅटिक प्रकाशासाठी, संपृक्तता फोटोकरंट कॅथोडवरील ल्युमिनस फ्लक्स घटनेच्या प्रमाणात असते.

2.फोटोइलेक्ट्रॉनची कमाल गतिज ऊर्जा प्रकाश प्रवाहाच्या विशालतेवर अवलंबून नसते, परंतु ती केवळ किरणोत्सर्गाच्या वारंवारतेवर अवलंबून असते.

3. प्रत्येक कॅथोड पदार्थाची स्वतःची कटऑफ वारंवारता असते जसे की फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाच्या वारंवारतेसह रेडिएशनमुळे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होत नाही. या कटऑफ फ्रिक्वेन्सीला फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टची रेड कटऑफ वारंवारता म्हणतात.तरंगलांबी स्केलवर, ते लाल सीमेच्या तरंगलांबीशी संबंधित आहे, जसे की दिलेल्या धातूच्या फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावामुळे केवळ लहान तरंगलांबीसह विकिरण होते.

(1.55) म्हणतात बाह्य फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावासाठी आईन्स्टाईनचे समीकरण.येथे फोटोइलेक्ट्रॉनची कमाल ऊर्जा आहे.

या समीकरणाचा थेट परिणाम म्हणजे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे दुसरे आणि तिसरे नियम. खरंच, (1.55) वरून असे दिसून येते की फोटोइलेक्ट्रॉनची जास्तीत जास्त ऊर्जा धातूवरील रेडिएशन घटनेच्या वारंवारतेवर अवलंबून असते. याव्यतिरिक्त, जर , नंतर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव साजरा केला जाऊ नये. येथून, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाच्या लाल सीमारेषेची वारंवारता आणि तरंगलांबीसाठी, आम्हाला साधी सूत्रे मिळतात.

ज्यावरून असे दिसून येते की ही वैशिष्ट्ये धातूपासून इलेक्ट्रॉन कार्य कार्याच्या मूल्याद्वारे पूर्णपणे निर्धारित केली जातात.

फोटॉन- एक प्राथमिक कण, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनची मात्रा (अरुंद अर्थाने - प्रकाश). हा एक वस्तुमानहीन कण आहे जो केवळ प्रकाशाच्या वेगाने फिरून अस्तित्वात राहू शकतो. फोटॉनचा विद्युत चार्ज शून्य असतो. एक फोटॉन फक्त दोन स्पिन अवस्थेत असू शकतो ज्यात स्पिनच्या गतीच्या दिशेने (हेलिसिटी) ±1 प्रक्षेपण केले जाते. शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्समधील हा गुणधर्म विद्युत चुंबकीय लहरीच्या उजव्या आणि डाव्या ध्रुवीकरणाशी संबंधित आहे. फोटॉन, क्वांटम कण म्हणून, तरंग-कण द्वैत द्वारे दर्शविले जाते; ते एकाच वेळी कण आणि लहरीचे गुणधर्म प्रदर्शित करते. फोटॉन हे अक्षराद्वारे नियुक्त केले जातात, म्हणूनच त्यांना अनेकदा गॅमा किरण (विशेषतः उच्च-ऊर्जा फोटॉन) म्हणतात; या संज्ञा व्यावहारिकदृष्ट्या समानार्थी आहेत. मानक मॉडेलच्या दृष्टिकोनातून, फोटॉन हा गेज बोसॉन आहे. आभासी फोटॉन हे विद्युत चुंबकीय शक्तीचे वाहक आहेत, अशा प्रकारे परस्परसंवाद प्रदान करतात, उदाहरणार्थ, दोन विद्युत शुल्कांमध्ये. फोटॉन हा विश्वातील सर्वात मुबलक कण आहे. प्रत्येक न्यूक्लिओनमध्ये किमान 20 अब्ज फोटॉन असतात.

तरंग-कण द्वैत, हायझेनबर्ग अनिश्चितता तत्त्व

फोटॉन तरंग-कण द्वैत द्वारे दर्शविले जाते. एकीकडे, अडथळ्यांचे वैशिष्ट्यपूर्ण परिमाण फोटॉनच्या तरंगलांबीशी तुलना करता असल्यास, विवर्तन आणि हस्तक्षेपाच्या घटनेत फोटॉन इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरीचे गुणधर्म प्रदर्शित करतो. उदाहरणार्थ, दुहेरी स्लिटमधून जाणार्‍या वारंवारतेसह सिंगल फोटॉनचा क्रम स्क्रीनवर एक हस्तक्षेप नमुना तयार करतो ज्याचे वर्णन मॅक्सवेलच्या समीकरणांद्वारे केले जाऊ शकते. तथापि, प्रयोगांवरून असे दिसून आले आहे की फोटॉन तरंगलांबी (उदाहरणार्थ, अणू) पेक्षा खूपच लहान आकारमान असलेल्या वस्तूंद्वारे फोटॉन उत्सर्जित आणि पूर्णपणे शोषले जातात किंवा सर्वसाधारणपणे, काही अंदाजे, पॉइंटसमान मानले जाऊ शकते (उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉन्सप्रमाणे) . अशाप्रकारे, उत्सर्जन आणि शोषण प्रक्रियेतील फोटॉन बिंदू सारख्या कणांसारखे वागतात. त्याच वेळी, हे वर्णन पुरेसे नाही; बिंदू कण म्हणून फोटॉनची कल्पना, ज्याचा मार्ग संभाव्यतः इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डद्वारे निर्दिष्ट केला जातो, फोटॉनच्या अडकलेल्या अवस्थांसह सहसंबंध प्रयोगांद्वारे खंडन केला जातो.

हायझेनबर्ग विचार प्रयोगउच्च-रिझोल्यूशन गॅमा-रे मायक्रोस्कोप वापरून इलेक्ट्रॉनचे स्थान (निळ्या रंगात छायांकित) निर्धारित करण्यासाठी.

अपघाती गॅमा किरण (हिरव्या रंगात दर्शविलेले) इलेक्ट्रॉनद्वारे विखुरले जातात आणि सूक्ष्मदर्शक छिद्र कोन θ मध्ये प्रवेश करतात. विखुरलेले गॅमा किरण आकृतीमध्ये लाल रंगात दर्शविले आहेत. शास्त्रीय ऑप्टिक्स दर्शविते की इलेक्ट्रॉनची स्थिती केवळ एका विशिष्ट मूल्यापर्यंत निर्धारित केली जाऊ शकते Δ x, जे आपत्कालीन किरणांच्या θ कोन आणि तरंगलांबी λ वर अवलंबून असते.

क्वांटम मेकॅनिक्सचा मुख्य घटक आहे हायझेनबर्ग अनिश्चितता तत्त्व,जे कणाच्या अवकाशीय समन्वयाचे एकाचवेळी अचूक निर्धारण करण्यास आणि या समन्वयासह त्याची गती प्रतिबंधित करते.

हे लक्षात घेणे महत्वाचे आहे की प्रकाशाचे परिमाणीकरण आणि उर्जेचे अवलंबन आणि फ्रिक्वेंसीवरील संवेग हे चार्ज केलेल्या मोठ्या कणांवर लागू केलेल्या अनिश्चिततेच्या तत्त्वाचे समाधान करण्यासाठी आवश्यक आहे. हे एका आदर्श सूक्ष्मदर्शकासह प्रसिद्ध विचार प्रयोगाद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते, जे प्रकाशाने विकिरण करून आणि विखुरलेल्या प्रकाशाची (हायझेनबर्ग गॅमा मायक्रोस्कोप) रेकॉर्डिंग करून इलेक्ट्रॉनचा समन्वय निर्धारित करते. इलेक्ट्रॉनची स्थिती सूक्ष्मदर्शकाच्या रिझोल्यूशनच्या बरोबरीने अचूकतेने निर्धारित केली जाऊ शकते. शास्त्रीय ऑप्टिक्सच्या संकल्पनांवर आधारित:

सूक्ष्मदर्शकाचा छिद्र कोन कुठे आहे. अशा प्रकारे, आपत्कालीन किरणांची तरंगलांबी कमी करून समन्वयाची अनिश्चितता इच्छेनुसार लहान केली जाऊ शकते. तथापि, विखुरल्यानंतर, इलेक्ट्रॉनला काही अतिरिक्त गती प्राप्त होते, ज्याची अनिश्चितता . जर घटना किरणोत्सर्गाचे परिमाण केले गेले नाही तर, किरणोत्सर्गाची तीव्रता कमी करून ही अनिश्चितता अनियंत्रितपणे लहान केली जाऊ शकते. घटना प्रकाशाची तरंगलांबी आणि तीव्रता एकमेकांपासून स्वतंत्रपणे बदलली जाऊ शकते. परिणामी, प्रकाश परिमाणीकरणाच्या अनुपस्थितीत, एकाच वेळी उच्च अचूकतेने स्पेसमधील इलेक्ट्रॉनची स्थिती आणि त्याची गती निश्चित करणे शक्य होईल, जे अनिश्चिततेच्या तत्त्वाचा विरोध करते.

याउलट, फोटॉन संवेगासाठी आइन्स्टाईनचे सूत्र अनिश्चिततेच्या तत्त्वाच्या आवश्यकता पूर्ण करते. फोटॉन कोनात कोणत्याही दिशेने विखुरला जाऊ शकतो ही वस्तुस्थिती लक्षात घेऊन, इलेक्ट्रॉनला हस्तांतरित केलेल्या संवेगाची अनिश्चितता समान आहे:

पहिल्या अभिव्यक्तीला दुसऱ्याने गुणाकार केल्यानंतर, हायझेनबर्ग अनिश्चितता संबंध प्राप्त होतो: . अशा प्रकारे, संपूर्ण जगाचे परिमाण केले जाते: जर पदार्थ क्वांटम मेकॅनिक्सच्या नियमांचे पालन करत असेल तर क्षेत्राने त्यांचे पालन केले पाहिजे आणि त्याउलट.

रदरफोर्डच्या प्रयोगांमुळे असा निष्कर्ष निघाला की अणूच्या मध्यभागी एक दाट, सकारात्मक चार्ज असलेले केंद्रक आहे. (अणु केंद्रक, म्हणून मॉडेलचे नाव), ज्याचा व्यास 10-14-10-15 मीटर पेक्षा जास्त नाही. हे केंद्रक अणूच्या एकूण खंडाचा फक्त 10-12 भाग व्यापतो, परंतु त्यात समाविष्ट आहे सर्वसकारात्मक चार्ज आणि त्याच्या वस्तुमानाच्या किमान 99.95%. अणूचे केंद्रक बनवणाऱ्या पदार्थाला ρ ≈ 10 15 g/cm 3 या क्रमाने प्रचंड घनता नियुक्त केलेली असावी. न्यूक्लियसचा चार्ज अणू बनवणाऱ्या सर्व इलेक्ट्रॉनच्या एकूण चार्जाइतका असला पाहिजे. त्यानंतर, हे स्थापित करणे शक्य झाले की जर इलेक्ट्रॉनचा चार्ज एक म्हणून घेतला असेल तर न्यूक्लियसचा चार्ज नियतकालिक सारणीतील दिलेल्या घटकाच्या संख्येइतका आहे.

आकृती 6.1.3. थॉमसन अणू (a) आणि रदरफोर्ड अणू (b) मध्ये α कणाचे विखुरणे

त्यानंतर, रदरफोर्डने प्रस्ताव मांडला अणूचे ग्रह मॉडेल . या मॉडेलनुसार, अणूच्या मध्यभागी एक सकारात्मक चार्ज केलेले केंद्रक आहे, ज्यामध्ये अणूचे जवळजवळ संपूर्ण वस्तुमान केंद्रित आहे. अणू संपूर्णपणे तटस्थ आहे. इलेक्ट्रॉन्स न्यूक्लियसभोवती फिरतात, ग्रहांप्रमाणे, न्यूक्लियसमधील कुलॉम्ब शक्तींच्या प्रभावाखाली (चित्र 6.1.4). इलेक्ट्रॉन्स विश्रांती घेऊ शकत नाहीत, कारण ते न्यूक्लियसवर पडतात.

तांदूळ. ६.१.४. रदरफोर्डचे अणूचे ग्रहांचे मॉडेल. चार इलेक्ट्रॉनच्या वर्तुळाकार कक्षा दाखवल्या आहेत

अणू केंद्रक- अणूचा मध्य भाग, ज्यामध्ये त्याच्या वस्तुमानाचा मोठा भाग केंद्रित आहे (99.9% पेक्षा जास्त). न्यूक्लियस पॉझिटिव्ह चार्ज आहे; न्यूक्लियसचा चार्ज अणू ज्या रासायनिक घटकाशी संबंधित आहे त्याद्वारे निर्धारित केला जातो. विविध अणूंच्या केंद्रकांचे परिमाण अनेक फेमटोमीटर आहेत, जे अणूच्या आकारापेक्षा 10 हजार पटीने लहान आहेत. अणू केंद्रक बनलेला असतोन्यूक्लिओन्सचे - सकारात्मक चार्ज केलेले प्रोटॉन आणि तटस्थ न्यूट्रॉन, जे मजबूत परस्परसंवादाद्वारे एकमेकांशी जोडलेले असतात. न्यूक्लियसमधील प्रोटॉनच्या संख्येला त्याचे म्हणतात शुल्क क्रमांक- ही संख्या नियतकालिक सारणीतील मूलद्रव्यांच्या नैसर्गिक मालिकेतील अणू ज्या घटकाशी संबंधित आहे त्याच्या अनुक्रमांकाच्या बरोबरीची आहे. न्यूक्लियसमधील प्रोटॉनची संख्या तटस्थ अणूच्या इलेक्ट्रॉन शेलची रचना आणि अशा प्रकारे संबंधित घटकाचे रासायनिक गुणधर्म निर्धारित करते. न्यूक्लियसमधील न्यूट्रॉनच्या संख्येला त्याचे म्हणतात समस्थानिक संख्या. समान संख्येच्या प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनच्या भिन्न संख्येच्या केंद्रकांना समस्थानिक म्हणतात. न्यूट्रॉनची संख्या समान असलेल्या परंतु प्रोटॉनच्या भिन्न संख्येसह केंद्रक म्हणतात आयसोटोन्स. न्यूक्लियसमधील एकूण न्यूक्लिअन्सच्या संख्येला त्याचे म्हणतात वस्तुमान संख्या() आणि नियतकालिक सारणीमध्ये दर्शविलेल्या सरासरी अणु वस्तुमानाच्या अंदाजे समान आहे. समान वस्तुमान संख्या असलेले न्यूक्लाइड, परंतु भिन्न प्रोटॉन-न्यूट्रॉन रचना सहसा म्हणतात isobars. कोणत्याही क्वांटम सिस्टीमप्रमाणे, न्यूक्ली मेटास्टेबल उत्तेजित अवस्थेत असू शकते आणि काही प्रकरणांमध्ये अशा अवस्थेचे आयुष्य वर्षांमध्ये मोजले जाते. न्यूक्लीयच्या अशा उत्तेजित अवस्थांना म्हणतात आण्विक आयसोमर्स. 2,500 ज्ञात अणु केंद्रकांपैकी जवळजवळ 90% अस्थिर आहेत. अस्थिर न्यूक्लियस उत्स्फूर्तपणे इतर केंद्रकांमध्ये बदलते, उत्सर्जित कण. केंद्रकांच्या या गुणधर्माला म्हणतात किरणोत्सर्गीता. असे आढळून आले की किरणोत्सर्गी केंद्रक तीन प्रकारचे कण उत्सर्जित करू शकतात: सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज केलेले आणि तटस्थ. या तीन प्रकारच्या किरणोत्सर्गाला म्हणतात α-, β- आणि γ-विकिरण. हे तिन्ही प्रकारचे किरणोत्सर्गी किरणोत्सर्ग पदार्थाच्या अणूंचे आयनीकरण करण्याच्या क्षमतेमध्ये आणि त्यामुळे त्यांच्या भेदक क्षमतेमध्ये एकमेकांपासून बरेच वेगळे आहेत. सर्वात कमी भेदक क्षमता आहे α विकिरण. सामान्य परिस्थितीत हवेत, α-किरण अनेक सेंटीमीटर अंतरावर जातात . β-किरणपदार्थाद्वारे खूपच कमी शोषले जाते. ते अनेक मिलिमीटर जाडीच्या अॅल्युमिनियमच्या थरातून जाण्यास सक्षम आहेत. सर्वात मोठी भेदक क्षमता आहे γ-किरण, 5-10 सेमी जाडीच्या शिशाच्या थरातून जाण्यास सक्षम.

विभागणीअणु केंद्रकाचे सुमारे दोन भागांमध्ये क्षय (विभाजन) दर्शवते. समान भाग (तुकडे), उर्जेच्या प्रकाशनासह आणि विभागात. प्रकरणे, एक किंवा अधिक उत्सर्जित करून. कण, उदाहरणार्थ न्यूट्रॉन. काही जड केंद्रके उत्स्फूर्तपणे विखंडन करू शकतात, तर हलके केंद्रके उच्च ऊर्जा असलेल्या इतर केंद्रकांशी टक्कर झाल्यास विखंडन करू शकतात. याव्यतिरिक्त, युरेनियम अणूंसारखे जड केंद्रक, न्यूट्रॉनचा भडिमार करताना विखंडन करण्यास सक्षम असतात, आणि नवीन न्यूट्रॉन उत्सर्जित होत असल्याने, ही प्रक्रिया स्वयं-टिकवू शकते, म्हणजे. एक साखळी प्रतिक्रिया उद्भवते. अशा विखंडन प्रतिक्रिया दरम्यान, मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा सोडली जाते. अणुभट्ट्यामध्ये नियंत्रित साखळी प्रतिक्रिया घडतात, तर अनियंत्रित साखळी प्रतिक्रिया अणुबॉम्बमध्ये घडतात. संश्लेषणहे दोन हलके अणूंच्या केंद्रकांचे संलयन आहे जे एका जड अणूशी संबंधित नवीन न्यूक्लियस तयार करते. जर हे नवीन न्यूक्लियस स्थिर असेल, तर फ्यूजन दरम्यान ऊर्जा सोडली जाते, कारण त्यातील बंध मूळ केंद्रकांपेक्षा अधिक मजबूत असतात. रसायन पासून. न्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रिया केवळ अणूंच्या इलेक्ट्रॉनच्याच नव्हे तर त्यांच्या केंद्रकांच्या सहभागाद्वारे ओळखल्या जातात. अणु संलयन अभिक्रियामध्ये प्रतिक्रिया करणाऱ्या पदार्थांचे प्रति युनिट वस्तुमान, अंदाजे. विखंडन प्रतिक्रियांपेक्षा 10 पट अधिक ऊर्जा. केंद्रकांचे संश्लेषण मध्यभागी, सूर्याच्या प्रदेशात आणि इतर ताऱ्यांच्या ऊर्जेचा स्त्रोत असल्याने होते. अशा संश्लेषणाची अनियंत्रित प्रतिक्रिया हायड्रोजन बॉम्बमध्ये जाणवते. आजकाल, ऊर्जा स्त्रोतांसारख्या संश्लेषणाच्या नियंत्रित प्रतिक्रियांच्या अंमलबजावणीवर संशोधन केले जात आहे.

प्राथमिक कण- सबन्यूक्लियर स्केलवर सूक्ष्म-वस्तूंचा संदर्भ देणारी सामूहिक संज्ञा जी त्यांच्या घटक भागांमध्ये विभागली जाऊ शकत नाही.

हे लक्षात घेतले पाहिजे की काही प्राथमिक कण (इलेक्ट्रॉन, फोटॉन, क्वार्क इ.) सध्या संरचनाहीन मानले जातात आणि प्राथमिक मूलभूत कण मानले जातात. इतर प्राथमिक कण (तथाकथित संमिश्र कण - प्रोटॉन, न्यूट्रॉन इ.) मध्ये एक जटिल अंतर्गत रचना असते, परंतु, तरीही, आधुनिक संकल्पनांच्या अनुसार, त्यांना भागांमध्ये वेगळे करणे अशक्य आहे.

मूलभूत कण- एक संरचनाहीन प्राथमिक कण, ज्याचे आतापर्यंत संमिश्र म्हणून वर्णन केले गेले नाही. सध्या, हा शब्द प्रामुख्याने लेप्टॉन आणि क्वार्कसाठी वापरला जातो (प्रत्येक प्रकारचे 6 कण, प्रतिकणांसह, 24 मूलभूत कणांचा संच बनवतात) गेज बोसॉन (मूलभूत परस्परक्रिया करणारे कण) यांच्या संयोगाने.

आण्विक गतिज सिद्धांतरेणूंच्या क्रियेचा एकूण परिणाम म्हणून प्रत्यक्षपणे प्रायोगिकपणे (दबाव, तापमान इ.) पाहिल्या जाणार्‍या शरीराच्या गुणधर्मांचा अर्थ लावतो. असे करताना, ती सांख्यिकीय पद्धत वापरते, वैयक्तिक रेणूंच्या हालचालींमध्ये स्वारस्य नसून, केवळ कणांच्या प्रचंड संग्रहाच्या हालचालीचे वैशिष्ट्य असलेल्या सरासरी मूल्यांमध्ये. म्हणून त्याचे दुसरे नाव - सांख्यिकीय भौतिकशास्त्र.

थर्मोडायनामिक पॅरामीटर्स- तापमान, घनता, दाब, खंड, विद्युत प्रतिरोधकता आणि इतर भौतिक प्रमाण:
- सिस्टमची थर्मोडायनामिक स्थिती अस्पष्टपणे निर्धारित करणे;
- शरीराची आण्विक रचना विचारात घेऊ नका; आणि
- त्यांच्या मॅक्रोस्कोपिक संरचनेचे वर्णन करणे.

आण्विक गतिज सिद्धांताच्या मूलभूत तत्त्वांच्या वापरावर आधारित, ते प्राप्त झाले MKT आदर्श वायूचे मूलभूत समीकरण, जे असे दिसते: , जेथे p हा आदर्श वायूचा दाब आहे, m0 हे रेणूचे वस्तुमान आहे, रेणूंच्या एकाग्रतेचे सरासरी मूल्य, रेणूंच्या गतीचा वर्ग आहे.
आदर्श वायूच्या रेणूंच्या अनुवादित गतीच्या गतीज ऊर्जेचे सरासरी मूल्य दर्शविल्यास, आपल्याला मिळते मूलभूत MKT समीकरणफॉर्ममध्ये आदर्श वायू:

आदर्श वायू सिद्धांतामध्ये, रेणूंमधील परस्परसंवादाची संभाव्य ऊर्जा शून्य मानली जाते. म्हणून आदर्श वायूची अंतर्गत ऊर्जा द्वारे दिली जातेत्याच्या सर्व रेणूंच्या हालचालीची गतिज ऊर्जा. एका रेणूच्या गतीची सरासरी ऊर्जा असते. एक किलोमोलमध्ये रेणू असल्याने, एक किलोमोल गॅसची अंतर्गत ऊर्जा असेल

हे लक्षात घेता, आम्हाला मिळते

कोणत्याही वायू वस्तुमानासाठी एम, म्हणजे कितीही किलोमोल्ससाठी अंतर्गत ऊर्जा

(10.12)

या अभिव्यक्तीवरून असे दिसून येते की अंतर्गत ऊर्जाहे राज्याचे एक अस्पष्ट कार्य आहे आणि म्हणून, जेव्हा प्रणाली कोणतीही प्रक्रिया करते, परिणामी प्रणाली त्याच्या मूळ स्थितीत परत येते, तेव्हा अंतर्गत उर्जेतील एकूण बदल शून्य असतो. गणितीयदृष्ट्या, ही ओळख म्हणून लिहिली जाते

थर्मोडायनामिक्सचा दुसरा नियमम्हणते की सर्व अपरिवर्तनीय प्रक्रिया (आणि अशा जवळजवळ सर्व थर्मल प्रक्रिया आहेत, कोणत्याही परिस्थितीत, सर्व नैसर्गिकरित्या घडणाऱ्या प्रक्रिया) अशा प्रकारे पुढे जातात, की गुंतलेल्यांची एन्ट्रॉपीत्यांच्यामध्ये शरीरे वाढतात, जास्तीत जास्त मूल्याकडे झुकतात. जेव्हा प्रणाली समतोल स्थितीत पोहोचते तेव्हा एन्ट्रॉपीचे कमाल मूल्य प्राप्त होते.

त्याच वेळी, हे आधीच वर नमूद केले आहे की समतोल स्थितीचे संक्रमण इतर सर्व संक्रमणांच्या तुलनेत जास्त संभाव्य आहे. म्हणून, अवस्थेतील केवळ तेच बदल पाहिले जातात ज्यामध्ये प्रणाली कमी संभाव्यतेपासून अधिक संभाव्य स्थितीकडे जाते (थर्मोडायनामिक संभाव्यता वाढते).

प्रणालीच्या स्थितीची थर्मोडायनामिक संभाव्यता आणि तिची एन्ट्रॉपी यांच्यातील संबंधडी. गिब्स आणि एल. बोल्टझमन या दोन प्रसिद्ध शास्त्रज्ञांनी 1875 मध्ये स्थापन केले होते. हा संबंध व्यक्त केला जातो बोल्ट्झमनचे सूत्र, जे असे दिसते:

,

(4.56)

कुठे, आर- युनिव्हर्सल गॅस स्थिरांक, एन ए- एवोगाड्रोचा क्रमांक.

राज्याचे आदर्श वायू समीकरण(कधीकधी क्लेपेयरॉन समीकरण किंवा मेंडेलीव्ह-क्लेपेयरॉन समीकरण) हे एक सूत्र आहे जे दाब, मोलर व्हॉल्यूम आणि आदर्श वायूचे परिपूर्ण तापमान यांच्यातील संबंध स्थापित करते. समीकरण असे दिसते:

दबाव,

मोलर व्हॉल्यूम,

युनिव्हर्सल गॅस स्थिर

परिपूर्ण तापमान, के.

कारण, पदार्थाचे प्रमाण कोठे आहे, आणि वस्तुमान कुठे आहे, मोलर वस्तुमान आहे, स्थितीचे समीकरण लिहिले जाऊ शकते:

हे समीकरण प्रत्यक्षात दोन दुरुस्त्यांसह आदर्श वायूच्या स्थितीचे समीकरण आहे हे पाहिले जाऊ शकते. सुधारणा रेणूंमधील आकर्षक शक्ती विचारात घेते (भिंतीवरील दाब कमी होतो, कारण सीमा लेयरच्या रेणूंना आतील बाजूस खेचणारी शक्ती असते), सुधारणा तिरस्करणीय शक्ती विचारात घेते (आम्ही रेणूंनी व्यापलेली मात्रा वजा करतो. एकूण खंड पासून).

व्हॅन गॅस च्या moles साठीराज्याचे डर वाल्स समीकरण असे दिसते:

आवाज कुठे आहे,

आयसोथर्मफेज डायग्रामवरील एक ओळ जी स्थिर तापमानात घडते (आयसोथर्मल प्रक्रिया) प्रक्रिया दर्शवते. समीकरण आयसोथर्मआदर्श वायू pV = const, जेथे p दाब आहे, V वायूचे प्रमाण आहे. वास्तविक वायूसाठी, समीकरण आयसोथर्मअधिक जटिल वर्ण आहे आणि समीकरणात जातो आयसोथर्मकेवळ कमी दाब किंवा उच्च तापमानात आदर्श वायू.

अंजीर मध्ये. 2.8 योजनाबद्ध गॅस इसोथर्म्स दर्शविले आहेतवेगवेगळ्या तापमानांसाठी व्हॅन डेर वाल्स.

हे इसोथर्म्स स्पष्टपणे ते क्षेत्र दर्शवतात जेथे वाढत्या आवाजासह दबाव वाढतो. या क्षेत्राला भौतिक अर्थ नाही. ज्या प्रदेशात इसोथर्म झिगझॅग बेंड बनवतो, त्या प्रदेशात समताप त्याला तीन वेळा छेदतो, म्हणजेच पॅरामीटर्सच्या समान मूल्यांसाठी तीन व्हॉल्यूम व्हॅल्यू आहेत आणि . जसजसे तापमान वाढते तसतसे लाटासारखा विभाग कमी होतो आणि बिंदूमध्ये बदलतो (चित्र 2.8 मध्ये बिंदू K पहा). या बिंदूला म्हणतात गंभीर, ज्याचे मूल्य गॅसच्या गुणधर्मांवर अवलंबून असते.

वास्तविक वायूचे समताप (योजनाबद्ध)
निळा - गंभीर खाली तापमानात समताप. त्यांच्यावरील हिरवे क्षेत्र मेटास्टेबल अवस्था आहेत.
बिंदू F च्या डावीकडील क्षेत्र सामान्य द्रव आहे.
पॉइंट एफ हा उत्कलन बिंदू आहे.
डायरेक्ट एफजी - द्रव आणि वायूच्या टप्प्यांचा समतोल.
विभाग एफए - सुपरहिटेड द्रव.
विभाग F′A - ताणलेला द्रव (p<0).
सेक्शन एसी हे समथर्मचे विश्लेषणात्मक निरंतरता आहे आणि भौतिकदृष्ट्या अशक्य आहे.
विभाग सीजी - सुपर कूल्ड स्टीम.
पॉइंट जी हा दवबिंदू आहे.
बिंदू G च्या उजवीकडील क्षेत्र सामान्य वायू आहे.
FAB आणि GCB या आकृतीचे क्षेत्रफळ समान आहेत.
लाल हे गंभीर समस्थानिक आहे.
K हा महत्त्वाचा मुद्दा आहे.
निळा - सुपरक्रिटिकल आइसोथर्म्स

कारण संपूर्ण प्रक्रिया स्थिर तापमानात होते ट, एक वक्र जो आवाजावरील दाब p चे अवलंबित्व दर्शवितो व्ही, समस्थानिक म्हणतात. व्हॉल्यूम V 1 वर, गॅस कंडेन्सेशन सुरू होते आणि व्हॉल्यूम V 2 वर ते समाप्त होते. जर V > V 1 असेल तर पदार्थ वायू स्थितीत असेल आणि जर V< V 2 - в жидком.

असे प्रयोग दाखवतात इतर सर्व वायूंच्या आयसोथर्म्सचे तापमान फार जास्त नसल्यास देखील हा प्रकार असतो.

या प्रक्रियेत, जेव्हा वायूचे प्रमाण V 1 वरून V 2 मध्ये बदलते तेव्हा त्याचे द्रवात रूपांतर होते, तेव्हा वायूचा दाब स्थिर राहतो. आयसोथर्म 1-2 च्या रेषीय भागाचा प्रत्येक बिंदू पदार्थाच्या वायू आणि द्रव अवस्थांमधील समतोलशी संबंधित आहे. याचा अर्थ निश्चितपणे असा होतो टआणि व्हीत्यावरील द्रव आणि वायूचे प्रमाण अपरिवर्तित राहते. समतोल गतिमान आहे: द्रवपदार्थ सोडणाऱ्या रेणूंची संख्या, सरासरी, एकाच वेळी वायूपासून द्रवपदार्थात जाणार्‍या रेणूंच्या संख्येइतकी असते.

अशीही एक गोष्ट आहे गंभीर तापमान, जर वायू गंभीर तापमानापेक्षा जास्त तापमानावर असेल (प्रत्येक वायूसाठी वैयक्तिक, उदाहरणार्थ, कार्बन डायऑक्साइडसाठी अंदाजे 304 के), तर त्यावर कितीही दबाव टाकला गेला तरीही ते यापुढे द्रवमध्ये बदलू शकत नाही. ही घटना या वस्तुस्थितीमुळे उद्भवते की गंभीर तापमानात द्रव पृष्ठभागावरील तणाव शक्ती शून्य असते. जर तुम्ही गंभीर तापमानापेक्षा जास्त तापमानात वायूला हळूहळू संकुचित करत राहिल्यास, ते गॅस बनवणाऱ्या रेणूंच्या आंतरिक खंडांपैकी अंदाजे चार आकारमानापर्यंत पोहोचल्यानंतर, गॅसची संकुचितता झपाट्याने कमी होऊ लागते.

प्राथमिक कणांच्या अभ्यासाचा संक्षिप्त इतिहास

शास्त्रज्ञांनी शोधलेला पहिला प्राथमिक कण इलेक्ट्रॉन होता. इलेक्ट्रॉन हा एक प्राथमिक कण आहे जो ऋण चार्ज करतो. याचा शोध १८९७ मध्ये जे.जे. थॉमसन यांनी लावला होता. नंतर, 1919 मध्ये, ई. रदरफोर्ड यांनी शोधून काढले की अणु केंद्रकातून बाहेर पडलेल्या कणांमध्ये प्रोटॉन होते. त्यानंतर न्यूट्रॉन आणि न्यूट्रिनोचा शोध लागला.

1932 मध्ये, के. अँडरसन यांनी वैश्विक किरणांचा अभ्यास करताना, पॉझिट्रॉन, म्यूऑन्स आणि के-मेसॉनचा शोध लावला.

50 च्या दशकाच्या सुरुवातीपासून, प्रवेगक हे प्राथमिक कणांचा अभ्यास करण्याचे मुख्य साधन बनले आहेत, ज्यामुळे मोठ्या संख्येने नवीन कण शोधणे शक्य झाले आहे. संशोधनात असे दिसून आले आहे की प्राथमिक कणांचे जग अतिशय गुंतागुंतीचे आहे आणि त्यांचे गुणधर्म अनपेक्षित आणि अप्रत्याशित आहेत.

मायक्रोवर्ल्डच्या भौतिकशास्त्रातील प्राथमिक कण

व्याख्या १

संकुचित अर्थाने, प्राथमिक कण असे कण असतात ज्यात इतर कण नसतात. परंतु, आधुनिक भौतिकशास्त्रात या संज्ञेची व्यापक समज वापरली जाते. अशा प्रकारे, प्राथमिक कण हे पदार्थाचे सर्वात लहान कण आहेत जे अणू आणि अणू केंद्रक नाहीत. या नियमाला अपवाद म्हणजे प्रोटॉन. म्हणूनच प्राथमिक कणांना सबन्यूक्लियर कण म्हणतात. या कणांचा मुख्य भाग संमिश्र प्रणाली आहेत.

प्राथमिक कण सर्व मूलभूत प्रकारच्या परस्परसंवादामध्ये भाग घेतात - मजबूत, गुरुत्वीय, कमकुवत, विद्युत चुंबकीय. प्राथमिक कणांच्या लहान वस्तुमानामुळे गुरुत्वाकर्षणाचा परस्परसंवाद अनेकदा विचारात घेतला जात नाही. सध्या अस्तित्वात असलेले सर्व प्राथमिक कण तीन मोठ्या गटांमध्ये विभागलेले आहेत:

• बोसॉन हे प्राथमिक कण आहेत जे इलेक्ट्रोवेक परस्परक्रिया करतात. यामध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचे प्रमाण, एक फोटॉन, ज्याचे उर्वरित वस्तुमान शून्याच्या बरोबरीचे असते, जे निर्धारित करते की व्हॅक्यूममध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या प्रसाराची गती ही भौतिक प्रभावाच्या प्रसाराची कमाल गती आहे. प्रकाशाचा वेग हा मूलभूत भौतिक स्थिरांकांपैकी एक आहे, त्याचे मूल्य 299,792,458 m/s आहे.
• लेप्टन्स हे प्राथमिक कण इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आणि कमकुवत परस्परक्रियांमध्ये भाग घेतात. याक्षणी, 6 लेप्टॉन आहेत: इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन, म्युऑन न्यूट्रिनो, इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, हेवी τ-लेप्टॉन आणि संबंधित न्यूट्रिनो. सर्व लेप्टॉनमध्ये ½ स्पिन असते. प्रत्येक लेप्टॉन प्रतिकणाशी संबंधित आहे, ज्यामध्ये समान वस्तुमान, समान फिरकी आणि इतर वैशिष्ट्ये आहेत, परंतु विद्युत शुल्काच्या चिन्हात भिन्न आहेत. एक पॉझिट्रॉन, जो इलेक्ट्रॉनचा प्रतिकण आहे, एक म्यूऑन आहे, जो सकारात्मक चार्ज आहे आणि तीन अँटीन्यूट्रिनो आहेत, ज्यात लेप्टॉन चार्ज आहे.
• हॅड्रोन्स हे प्राथमिक कण मजबूत, कमकुवत आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादात भाग घेतात. हॅड्रॉन हे जड कण आहेत ज्यांचे वस्तुमान इलेक्ट्रॉनच्या 200,000 पट आहे. हा प्राथमिक कणांचा सर्वात मोठा समूह आहे. हॅड्रॉन, यामधून, बॅरिऑनमध्ये विभागले जातात - स्पिन ½ सह प्राथमिक कण आणि पूर्णांक स्पिनसह मेसॉन. याव्यतिरिक्त, तथाकथित अनुनाद आहेत. हे हॅड्रॉन्सच्या अल्पकालीन उत्तेजित अवस्थेला दिलेले नाव आहे.

प्राथमिक कणांचे गुणधर्म

कोणत्याही प्राथमिक कणामध्ये स्वतंत्र मूल्ये आणि क्वांटम संख्यांचा संच असतो. पूर्णपणे सर्व प्राथमिक कणांची सामान्य वैशिष्ट्ये खालीलप्रमाणे आहेत:

• वजन
• आयुष्यभर
• इलेक्ट्रिक चार्ज

टीप १

त्यांच्या जीवनकाळानुसार, प्राथमिक कण स्थिर, अर्ध-स्थिर आणि अस्थिर असतात.

स्थिर प्राथमिक कण आहेत: इलेक्ट्रॉन, ज्यांचे आयुष्य 51021 वर्षे आहे, प्रोटॉन - 1031 वर्षांपेक्षा जास्त, फोटॉन, न्यूट्रिनो.

Quasistable कण आहेत जे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आणि कमकुवत परस्परसंवादाच्या परिणामी क्षय करतात; अर्ध-स्थिर प्राथमिक कणांचे आयुष्य 10-20 s पेक्षा जास्त असते.

अस्थिर प्राथमिक कण (अनुनाद) मजबूत परस्परसंवाद दरम्यान क्षय करतात आणि त्यांचे आयुष्य $10^(-22) – 10^(-24)$s आहे.

प्राथमिक कणांच्या क्वांटम संख्या म्हणजे लेप्टन आणि बॅरिऑन चार्जेस. ही संख्या सर्व प्रकारच्या मूलभूत परस्परसंवादासाठी काटेकोरपणे स्थिर मूल्ये आहेत. लेप्टोनिक न्यूट्रिनो आणि त्यांच्या प्रतिकणांसाठी, लेप्टॉन चार्जेसमध्ये विरुद्ध चिन्हे असतात. बॅरिऑनसाठी, बॅरिऑन चार्ज 1 आहे; त्यांच्या संबंधित प्रतिकणांसाठी, बॅरिऑन चार्ज -1 आहे.

हॅड्रॉन्सचे वैशिष्ट्य म्हणजे विशेष क्वांटम संख्यांची उपस्थिती: “विचित्रता”, “सौंदर्य”, “मोहकता”. सामान्य हॅड्रॉन हे न्यूट्रॉन, प्रोटॉन आणि π-मेसन आहेत.

हॅड्रॉनच्या वेगवेगळ्या गटांमध्ये, कणांची कुटुंबे आहेत ज्यांचे वस्तुमान आणि समान गुणधर्म मजबूत परस्परसंवादाच्या संदर्भात, परंतु विद्युत चार्जमध्ये भिन्न आहेत. याचे उदाहरण म्हणजे प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आणि इतर मूलभूत परस्परसंवादाच्या परिणामी उद्भवणारे परस्पर परिवर्तन घडवून आणण्याची प्राथमिक कणांची क्षमता ही त्यांची सर्वात महत्त्वाची मालमत्ता आहे. या प्रकारचे परस्पर परिवर्तन म्हणजे जोडीचा जन्म, म्हणजेच एकाच वेळी कण आणि प्रतिकण तयार होणे. सामान्य स्थितीत, विरुद्ध बॅरिऑन आणि लेप्टोनिक शुल्कासह प्राथमिक कणांची जोडी तयार होते.

पॉझिट्रॉन-इलेक्ट्रॉन जोड्या आणि म्यूऑन जोड्यांची निर्मिती शक्य आहे. प्राथमिक कणांच्या परस्पर परिवर्तनाचा आणखी एक प्रकार म्हणजे मर्यादित संख्येच्या फोटॉन्सच्या निर्मितीसह कणांच्या टक्करमुळे जोडीचे उच्चाटन. नियमानुसार, दोन फोटॉन्सची निर्मिती शून्याच्या बरोबरीच्या आदळणाऱ्या कणांच्या एकूण स्पिनसह होते आणि 1 च्या बरोबरीचे एकूण स्पिन असलेले तीन फोटॉन होते. हे उदाहरण चार्ज पॅरिटीच्या संरक्षणाच्या कायद्याचे प्रकटीकरण आहे.

काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, पोझिट्रोनियम e-e+ आणि muonium µ+e- ची बंधनकारक प्रणाली तयार करणे शक्य आहे. ही स्थिती कणांची टक्कर होण्याचा कमी वेग असू शकतो. अशा अस्थिर प्रणालींना हायड्रोजनसारखे अणू म्हणतात. हायड्रोजन-सदृश अणूंचे जीवनकाळ पदार्थाच्या विशिष्ट गुणधर्मांवर अवलंबून असते. हे वैशिष्ट्य अणु रसायनशास्त्रामध्ये घनरूप पदार्थाच्या तपशीलवार अभ्यासासाठी आणि जलद रासायनिक अभिक्रियांच्या गतीशास्त्राचा अभ्यास करण्यासाठी वापरणे शक्य करते.