Избранное
ЭБ Нефть
и Газ
Главная
Оглавление
Поиск +
Еще книги ...
Энциклопедия
Помощь
Для просмотра
необходимо:


Книга: Главная » Введенский Б.А. Большая советская энциклопедия Том 20
 
djvu / html
 

460
КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
пов. Это обстоятельство также подчёркивает реальные свойства вакуума.
3. Взаимодействие электронов и позитронов с электромагнитным полем. В предшествующих пунктах позитронно-электронное и электромагнитное поля рассматривались порознь, независимо друг от друга. На самом деле между ними существует взаимодействие, в результате к-рого происходит обмен энергией и импульсом между этими полями. При этом возможны следующие процессы: излучение и поглощение фотонов электронами и позитронами, рассеяние фотонов, образование пар позитронов и электронов, уничтожение этих пар, а также и другие процессы. Все эти процессы можно рассматривать как переходы электромагнитного и электронно-позитрониого полей из одного состояния в другое. Выражение для энергии взаимодействия W можно написать в виде:
W=?v—j*, (25)
что по виду совпадает с классич. выражением для энергии взаимодействия электромагнитного поля с плотностью заряда р и плотностью тока j. Однако в данном случае р, J, А, ср суть операторы.
Вычисление энергии взаимодействия, включающей также область высоких частот и малых длин волн, приводит к появлению расходящихся членов, т. е. бесконечных значений этой энергии. Этот результат свидетельствует о несостоятельности теории для области весьма высоких энергий. В настоящее время разработаны методы, имеющие значение вычислительного приёма, для уничтожения этих бесконечностей. Суть этих методов основывается на том, что если рассмотреть один удалённый («свободный») электрон, то его энергия в системе покоя равна попросту Е = т-0с2. Очевидно также и то, что состояние такого электрона ие будет меняться с течением времени. Между тем развитая теория ведёт к иному результату. Если учесть, что электрон взаимодействует с электромагнитным полем, причём с любыми его частотами, то это взаимодействие смещает уровень энергии электрона те2 в бесконечность за счёт добавления электромагнитной энергии. Такой результат теории указывает, что в расчётах К. э. энер'гию электрона считают дважды: один раз как экспериментально определяемую Е = т0сг, другой раз ещё присоединяют к ней энергию электромагнитного поля, создаваемую этим же электроном. На самом деле, электромагнит-пая энергия должна уже быть учтена в т„с2. Это привело к мысли о необходимости изменить выражения для взаимодействия W, вычтя из W нек-рый член W0, так чтобы вновь определённая энергия взаимодействия
W = W__W
приводила к правильному значению энергии свободного электрона т„с2. Искусственность этого приёма очевидна, но практически он оказался очень эффективным, т. к. действительно устраняет бесконечности. Этот метод получил название метода «перенормировки» массы.
4. Экспериментальная проверка К. э. Результаты, полученные с помощью К. э., широко проверены в различных приложениях, значительная роль в разработке к-рых принадлежит советским физикам. Ниже приводится перечень основных результатов, полученных с помощью К. э.: а) Рассчитана вероятность т. н. спонтанного излучения А^, т. е. излучения света возбуждёнными атомами и молекулами при переходах из состояния
т с большей энергией в состояние п с меньшей энергией при отсутствии внешних полей. Процесс спонтанного излучения, как чисто электродинамический процесс, не может рассматриваться методами квантовой механики. Он обусловлен взаимодействием электрона с нулевыми колебаниями электромагнитного поля. Процесс поглощения и излучения кванта атомными системами с соответствующими переходами из одного состояния в другое, в результате внешних воздействий, также полностью рассчитан, б) Получено выражение ширины спектральных линий атомов. В отличие от классич. электродинамики, согласно к-рой слабые линии являются узкими, К. э. приводит к выводу о том, что ширина линии есть сумма ширины верхнего уровня энергии атома и нижнего уровня и, следовательно, она может оказаться большой даже в том случае, когда ширина одного из уровней мала, в) Создана теория рассеяния света атомами, молекулами, кристаллами. Эффективное сечение (см.) этого процесса выражается т. н. дисперсионной формулой. Частным её случаем является теория комбинационного рассеяния света (см.), открытого Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландс-бергом в Советском Союзе и Раманом в Индии. Дисперсионная формула, полученная в К. э., широко применяется сейчас в теории ядерных реакций.
Особенно большое значение имеет приложение К. э. к процессам при больших энергиях и скоростях (близких к скорости света) частиц, напр, в космических лучах. В этой области можно указать па следующие основные результаты. Были разработаны: а) Теория рассеяния у-квантов свободными электронами; эффективное сечение для этого процесса было вычислено в СССР И. Е. Таммом и независимо от пего за рубежом нем. физиком О. Клейном и янон. физиком И. Нишина. Эта теория имеет важные приложения в ряде практич. вопросов, связанных с прохождением 7-лучей через вещество, б) Теория рождения пар электрон-позитрон -[-квантами в поле ядра. Эта теория была обстоятельно проверена в экспериментах советских физиков Л. В. Трошева и И. М. Франка и является основой теории мягкой компоненты космических лучей (см.). в) Вероятность превращения пар электрон-позитрон г, 7-кванты. г) Теория тормозного излучения электронов при столкновении с ядрами. Полученные результаты важны и практически, т. к. определяют способность быстрых электронов проходить через вещество. Дальнейшее развитие К. э. показало, что и те её утверждения, к-рые могли бы считаться сомнительными из-за получающихся в расчётах бесконечностей (нулевое поло и фон электронов с бесконечными энергиями), на самом деле отражают в какой-то мере объективную реальность. Действительно, если существуют нулевые колебания электромагнитного поля и флюктуации заряда вакуума, то они должны как-то обнаруживаться на опыте. Одно из проявлений влияния фона на атомы — смещение уровней энергии электронов в атоме. Физич. происхождение этого смещения заключается в том, что электрон, движущийся в атоме, подвергается действию флюктуирующего электромагнитного поля и флюктуирующего заряда вакуума. В результате он совершает под действием этих вакуумных колебаний движение, подобное броуновскому движению (см.). Энергия этого движения, дополнительного к основному движению электрона, и приводит к смещению уровней. Расчёт этого эффекта был произведён нем. физиком Г. Бете и 1947. Развитие техники эксперимента позволило обнаружить это смещение на опыте. Величина сме-

 

1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640


Большая Советская Энциклопедия Второе издание