Verbum

ГІ́БСА РАЗМЕРКАВА́ННЕ,

фундаментальны закон статыстычнай фізікі, які выражае размеркаванне імавернасцей знаходжання сістэмы, што складаецца з вял. колькасці часціц (т.зв. макраскапічнай сістэмы) у розных магчымых станах. Устаноўлена Дж.У.Гібсам (1901).

Гібса размеркаванне выражаецца як функцыя энергіі, тэрмадынамічнай імавернасці (кратнасці выраджэння) і колькасці часціц сістэмы. Для макраскапічных сістэм, якія знаходзяцца ў тэрмадынамічнай раўнавазе з навакольным асяроддзем, дзе падтрымліваецца пастаянная т-ра, сярэднія значэнні фіз. велічынь, вызначаныя на аснове Гібса размеркавання, супадаюць са значэннямі фіз. велічынь, знойдзеных пры адпаведных вымярэннях. Пры пэўных умовах, якія вызначаюцца ўласцівасцямі часціц сістэмы і магчымымі значэннямі яе энергіі, Гібса размеркаванне для класічнага ідэальнага газу пераходзіць у Больцмана размеркаванне, для квантавага газу базонаў — у Бозе—Эйнштэйна размеркаванне, для квантавага газу ферміёнаў — у Фермі—Дзірака размеркаванне.

т. 5, с. 217

ІДЭА́ЛЬНЫ ГАЗ,

тэарэтычная мадэль газу, у якой не ўлічваецца ўзаемадзеянне часціц газу (сярэдняя кінетычная энергія часціц намнога большая за энергію іх узаемадзеяння). Адрозніваюць І.г. класічны і квантавы. Уласцівасці класічнага І.г. апісваюцца Клапейрона—Мендзялеева ўраўненнем і яго асобнымі выпадкамі — Бойля—Марыёта законам, Гей-Люсака законам, Шарля законам; часціцы размеркаваны па энергіях у адпаведнасці з Больцмана статыстыкай. Мадэль класічнага І.г. добра апісвае разрэджаныя рэальныя газы пры т-рах, далёкіх ад т-ры іх кандэнсацыі. Пры паніжэнні т-ры або павелічэнні яго шчыльнасці неабходна ўлічваць квантавыя (хвалевыя) уласцівасці часціц І.г., калі даўжыня іх хваль дэ Бройля пры скарасцях, парадку цеплавых, параўнальная з адлегласцямі паміж часціцамі. Пры гэтым квантавы І.г. апісваецца Бозе—Эйнштэйна статыстыкай або Фермі—Дзірака статыстыкай.

Р.М.Шахлевіч.

т. 7, с. 169

БО́ЗЕ—ЭЙНШТЭ́ЙНА СТАТЫ́СТЫКА,

фізічная статыстыка, якая апісвае фіз. ўласцівасці сістэм тоесных часціц з нулявым і цэлалікавым спінам (базонаў); адна з квантавых статыстык. Прапанавана Ш.Бозе для светлавых квантаў (фатонаў) і развіта А.Эйнштэйнам для часціц ідэальнага газу (1924).

Аснова Бозе—Эйнштэйна статыстыкі — Бозе—Эйнштэйна размеркаванне. Паводле Бозе—Эйнштэйна статыстыкі ў кожным квантавым стане сістэмы можа знаходзіцца любая колькасць базонаў. На падставе Бозе—Эйнштэйна статыстыкі тлумачацца макраскапічныя квантавыя эфекты звышправоднасці і звышцякучасці, а таксама залежнасць цеплаёмістасці цвёрдага цела ад т-ры, законы выпрамянення абсалютна чорнага цела і інш. фіз. з’явы, якія не мелі тлумачэння ў межах законаў класічнай фізікі. Пры высокіх т-рах і малой канцэнтрацыі часціц, калі эфекты спінавага несілавога ўзаемадзеяння можна не ўлічваць, Бозе—Эйнштэйна статыстыка пераходзіць у Больцмана статыстыку. Гл. таксама Фермі—Дзірака статыстыка, Статыстычная фізіка.

А.І.Болсун.

т. 3, с. 205

ІВАНЕ́НКА (Дзмітрый Дзмітрыевіч) (29.7.1904, г. Палтава, Украіна — 30.12.1994),

расійскі фізік-тэарэтык, заснавальнік навук. школы па тэарэт. фізіцы. Д-р фіз.-матэм. н. (1940). Скончыў Ленінградскі ун-т (1927). З 1943 праф. Маскоўскага ун-та. Навук. працы па тэорыі спінораў, фізіцы атамнага ядра, квантавай і адзінай нелінейнай тэорыях поля, тэорыі гравітацыі, гісторыі фізікі. Прапанаваў пратон-нейтронную мадэль атамнага ядра (1932). Заклаў асновы палявой тэорыі парных ядз. сіл (1934, разам з І.Тамам). Прапанаваў нелінейнае абагульненне спінорнага ўраўнення Дзірака (1938). Выказаў ідэю ўзаемнага ператварэння гравітонаў у элементарныя часціцы (1944). Прадказаў сінхратроннае выпрамяненне (1944; разам з І.Я.Памеранчуком). Дзярж. прэмія СССР 1950.

Тв.:

Групповые, геометрические и топологические методы в теории поля. Ч. 1. М., 1983;

Калибровочная теория гравитации. М., 1985 (абедзве разам з П.І.Проніным, Г.А.Сарданашвілі).

Літ.:

Памяти профессора Д.Д.Иваненко // Вестн. Московского ун-та Сер. 3. Физика. Астрономия. 1995. Т. 36, № 2.

М.М.Касцюкоеіч.

т. 7, с. 150

НАРАДЖЭ́ННЕ ПА́РЫ часціца-антычасціца,

адзін з відаў узаемапераўтварэння элементарных часціц, у якім у выніку эл.-магн. (ці інш.) узаемадзеяння адначасова ўзнікаюць часціца і антычасціца. Магчымасць Н.п. (і яе анігіляцыі) вынікае з рэлятывісцкага Дзірака ўраўнення. У 1933 І. і Ф.Жаліо-Кюры эксперыментальна выявілі Н.п. электрон-пазітрон гама-квантамі ад радыеактыўнай крыніцы.

Працэсы Н.п. адбываюцца ў кулонаўскім полі ядра атама пры энергіі фатона, якая перавышае падвоеную энергію спакою часціцы (паводле законаў захавання энергіі-імпульсу Н.п. адзінкавым фатонам немагчыма). Магчымы працэс Н.п. віртуальным фатонам (гл. Віртуальныя часціцы). Пры сутыкненнях часціц высокіх энергій назіраецца таксама працэс нараджэння мюонных пар. У адронных сутыкненнях Н.п. μ​⁺μ​⁻ звязана з эл.-магн. анігіляцыяй кваркаў 1 антыкваркаў, якія ўваходзяць у склад адронаў, або з працэсамі канверсіі фатонаў тармазнога выпрамянення, утвораных пры сутыкненнях кваркаў з кваркамі ці глюонамі. Працэсы Н.п. μ​⁺μ​⁻ вывучаюцца ў межах квантавай хромадынамікі і кваркпартоннай мадэлі (гл. Партоны).

В.І.Куўшынаў.

т. 11, с. 145

ПАЗІТРО́Н [ад лац. positivus дадатны + (элек)трон],

дадатна зараджаная элементарная часціца; антычасціца электрона. Абазначаецца е​⁺ або е​⁻ Мае аднолькавыя з электронам масу і спін, а магн. момант і эл. зарад роўныя па модулі і процілеглыя па знаку. П. мае спін, роўны ​¹/₂ (ферміён), адносіцца да лептонаў, удзельнічае ў эл.-магн., слабым і гравітацыйным узаемадзеяннях.

Існаванне П. тэарэтычна вынікае з Дзірака ўраўнення, эксперыментальна адкрыты К.Д.Андэрсанам (1932) у складзе касм. прамянёў і стаў першым прыкладам антычасціц. Пры пэўных умовах утварае з электронам вадародападобную сістэму (гл. Пазітроній). Узнікае пры ўзаемапераўтварэннях свабодных элементарных часціц, напр., пры распадах мюонаў, а таксама пры бэта-распадзе некаторых ізатопаў. Прадказаныя Дзіракам і эксперыментальна назіраныя працэсы анігіляцыі і нараджэння пар (П. — электрон) былі першымі доказамі ўзаемапераўтварэнняў элементарных часціц, на аснове якіх распрацаваны метады нараджэння новых элементарных часціц у накапляльных кольцах паскаральнікаў. П. выкарыстоўваецца пры даследаваннях размеркавання скарасцей электронаў праводнасці, дэфектаў крышталічнай рашоткі, кінетыкі некаторых хім. рэакцый і інш.

І.С.Сацункевіч.

т. 11, с. 517

БО́ЛЬЦМАНА СТАТЫ́СТЫКА,

раздзел статыстычнай фізікі, які вывучае ўласцівасці сістэм неўзаемадзейных часціц (электронаў, атамаў, малекул), што рухаюцца паводле законаў класічнай механікі.

Распрацавана ў 2-й пал. 19 ст. Дж.К.Максвелам і Л.Больцманам. Ва ўмовах цеплавой раўнавагі стан ідэальнага газу апісваецца функцыяй размеркавання 𝑓 = C_exp(-E/kT), дзе C — нарміровачная канстанта, E — поўная мех. энергія (сума кінетычнай і патэнцыяльнай энергія часціцы), k — Больцмана пастаянная, T — абс. тэмпература. Функцыя 𝑓 наз. размеркаваннем Максвела—Больцмана, з якога вынікае закон раўнамернага размеркавання кінетычнай энергіі па ступенях свабоды малекул: на кожную ступень свабоды прыпадае ў сярэднім энергія 1/2 kT. Больцмана статыстыкай карыстаюцца ў тых выпадках, калі квантавыя эфекты ў руху часціц можна не ўлічваць. Крытэрый яе дастасавальнасці (2ΠmkT)​^3/2/nh>1, дзе m — маса часціцы, n — канцэнтрацыя часціц, h — Планка пастаянная. Гэты крытэрый практычна выконваецца для малекул звычайных газаў і электронаў праводнасці ў паўправадніках. Для мікрачасціц Больцмана статыстыка недакладная і заменьваецца статыстыкай Бозе—Эйнштэйна або Фермі—Дзірака (гл. Квантавая статыстыка).

Больцмана статыстыка шырока карыстаецца ў кінетычнай тэорыі газаў, фізіцы паўправаднікоў, фізіцы плазмы, тэорыі эл. і магн. з’яў у рэчыве і інш. галінах фізікі.

В.І.Кузьміч.

т. 3, с. 210

КВА́НТАВАЯ ЭЛЕКТРАДЫНА́МІКА,

рэлятывісцкая квантавапалявая тэорыя электрамагнітных узаемадзеянняў элементарных часціц; састаўная частка адзінай калібровачнай палявой тэорыі электраслабых узаемадзеянняў. Дала пачатак агульнай квантавай тэорыі поля і стала найб. распрацаваным і эксперыментальна абгрунтаваным раздзелам гэтай тэорыі.

Пачала афармляцца як самаст. тэорыя (незалежная ад квантавай механікі) на аснове прац П.Дзірака. Грунтуецца на квантава-рэлятывісцкім хвалевым Дзірака ўраўненні для электрона (пазітрона) у эл.-магн. полі і ўраўненні тыпу Максвела—Лорэнца для эл.-магн. поля з крыніцамі. Ураўненні рашаюцца метадам паслядоўных набліжэнняў па канстанце эл.-магн. сувязі a = e​²/4 πε₀c ≈ 1/137. Атрыманыя рашэнні (хвалевыя функцыі дзіракаўскага і эл.-магн. палёў) раскладаюцца ў Фур’е шэрагі па вядомых наборах функцый свабодных станаў электрона (пазітрона) са значэннямі імпульсу, энергіі і праекцыі спіна. Каэфіцыенты такіх шэрагаў пры пэўных умовах вызначаюць амплітуды імавернасці пераходу элементарнай часціцы з аднаго стану ў другі ў выніку ўзаемадзеяння. Пасля працэдуры другаснага квантавання эл.-магн. і дзіракаўскае палі становяцца сістэмамі з пераменным лікам часціц і каэфіцыенты Фур’е-разлажэнняў функцый стану квантаваных палёў набываюць сэнс аператараў нараджэння і знікнення квантаў гэтых палёў (электронаў, пазітронаў, фатонаў). Паводле К.э. эл.-магн. ўзаемадзеянне электронаў адбываецца за кошт абмену паміж імі віртуальнымі фатонамі, якія неперарыўна выпрамяняюцца і паглынаюцца эл. зараджанымі часціцамі. Фундаментальнае значэнне ў К.э. мае матрыца рассеяння (S-матрыца), якая звязвае ў агульнай форме станы квантаваных палёў да і пасля эл.-магн. ўзаемадзеяння. На яе аснове ў межах тэорыі малых узбурэнняў вызначаюцца амплітуды рассеяння для любых магчымых эл.-дынамічных працэсаў. Кожнаму працэсу адпавядае графічная карціна (дыяграма Р.Фейнмана) Канстанта a дазваляе праводзіць разлікі эл.-магн. працэсаў (напр., эфекту Комптана, пераўтварэння электронна-пазітронных пар у фатоны і наадварот) з зададзенай дакладнасцю. Пры гэтым улічваецца працэдура перанарміровак, якая дазваляе пазбавіцца ад бясконцых значэнняў фіз. велічынь, выкліканых узаемадзеяннем квантаў поля (напр., электронаў) з палярызаваным вакуумам. Такое ўзаемадзеянне выявіла шэраг спецыфічных эфектаў (анамальны магн. момант электрона, лэмбаўскі зрух энергет. узроўняў электронаў у атамах, рассеянне святла на святле).

Літ.:

Ахиезер А.И., Берестецкий В.Б. Квантовая электродинамика. 3 изд. М., 1969;

Богуш А.А., Мороз Л.Г. Введение в теорию классических полей. Мн., 1968.

А.А.Богуш, Ф.І.Фёдараў.

т. 8, с. 209

КВА́НТАВАЯ ТЭО́РЫЯ ПО́ЛЯ,

рэлятывісцкая квантавая тэорыя элементарных часціц і іх узаемадзеянняў; адзін з асн. раздзелаў тэарэт. фізікі, у якім вывучаюцца агульныя законы будовы матэрыі на мікраўзроўні. У К.т.п. кожнаму тыпу элементарных часціц як першасных крыніц і пераносчыкаў фундаментальных узаемадзеянняў ставіцца ў адпаведнасць сваё другасна-квантаванае поле (гл. Другаснае квантаванне), якое апісваецца аператарнай хвалевай функцыяй Ψ (гл. Аператары, Хвалевая функцыя). Кампаненты Ψ пры замене каардынат прасторы—часу згодна з патрабаваннямі спец. адноснасці тэорыі пераўтвараюцца паводле прадстаўленняў групы Лорэнца (гл. Лорэнца пераўтварэнні). Функцыі свабодных палёў Ψ₀ раскладаюцца на плоскія хвалі дэ Бройля, якія апісваюць станы з вызначанай энергіяй і імпульсам: ${\displaystyle {\mathrm{\Psi }}_0=\sum _{\mathrm{n}}^{\mathrm{}}\text{(}{C}_n{e}^{ikx}+e^{-ikx}\text{)}}$ , дзе K = p/h, p — 4-мерны вектар энергіі-імпульсу часціцы, h — Планка пастаянная, x — вектар каардынат-часу, C_n і $C_n^{\mathrm{+}}$ — аператары паглынання і выпрамянення часціц у нейкім n-м стане. Аператары задавальняюць перастановачным суадносінам камутацыі (антыкамутацыі) і адпавядаюць часціцам цэлага (паўцэлага) спіна — базонам (ферміёнам), якія падпарадкоўваюцца Бозе—Эйнштэйна (Фермі—Дзірака) статыстыцы. У К.т.п. кожнай часціцы адпавядае антычасціца, а квантаванае поле з’яўляецца сістэмай часціц і антычасціц. Тут няма закону захавання ліку часціц: пры ўзаемадзеянні яны могуць узаемна пераўтварацца адны ў другія (адны часціцы паглынаюцца, другія нараджаюцца). Стан квантаванага поля, у якім колькасць рэальных часціц роўная нулю, наз. вакуумам (гл. Вакуум у квантавай тэорыі поля).

Першай К.т.п. стала квантавая электрадынаміка. Яе ідэі і метады былі распаўсюджаны на ўсе элементарныя часціцы і выкарыстаны пры пабудове квантавапалявых тэорый слабага (Э.Фермі, 1934) і моцнага (І.Я.Там, Дз.Дз.Іваненка, Х.Юкава, 1932—35) узаемадзеянняў, якія, аднак, не вытрымалі выпрабавання часам. Таму значнае развіццё атрымалі аксіяматычны і іншыя падыходы ў К.т.п. Аднак толькі на падставе універсальнага дынамічнага прынцыпу калібровачнай інварыянтнасці пабудаваны сучасныя калібровачныя квантавапалявыя тэорыі электраслабага ўзаемадзеяння (С.Вайнберг, Ш.Глэшаў, А.Салам, 1967—71) і моцнага ўзаемадзеяння — квантавая хромадынаміка (М.Гел-Ман, Вайнберг, Салам і інш., 1973), якія забяспечылі дастаткова добрую згоду тэорыі эксперыментам. Першаснымі крыніцамі гэтых узаемадзеянняў сталі лептоны і кваркі, а іх пераносчыкамі — кванты адпаведных калібровачных палёў: фатон, 3 слабыя вектарныя базоны і 8 глюонаў. Далейшае развіццё К.т.п. звязваецца з канцэпцыяй адзінай тэорыі поля, суперсіметрыі, рашотак, струн, мембран і інш. Метады К.т.п. шырока выкарыстоўваюцца ў ядз. фізіцы, тэорыі цвёрдага цела, оптыцы і спектраскапіі, квантавай электроніцы і інш.

На Беларусі пытанні К.т.п. распрацоўваюцца з 1944 у БДУ, пазней у Ін-це фізікі Нац. АН Беларусі (да пач. 1990-х г. пад кіраўніцтвам Ф.І.Фёдарава). Пабудавана агульная каварыянтная тэорыя рэлятывісцкіх хвалевых ураўненняў 1-га парадку, распрацаваны метад праекцыйных аператараў, з дапамогай уведзенай вектарнай параметрызацыі групы Лорэнца вырашаны многія пытанні рэлятывісцкай кінематыкі (Фёдараў, А.А.Богуш, Ю.А.Курачкін і інш.).

Літ.:

Боголюбов Н.Н., Ширков Д.В. Введение в теорию квантованных полей. М., 1957;

Федоров Ф.И. Проективные операторы в теории элементарных частиц // Журн. эксперимент. и теорет. физики. 1958. Т. 35, вып. 2;

Яго ж. Группа Лоренца. М., 1979;

Швебер С. Введение в релятивистскую квантовую теорию поля: Пер. с англ. М., 1963;

Ченг Т.-П., Л и Л.-Ф. Калибровочные теории в физике элементарных частиц: Пер. с англ. М., 1987.

А.А.Богуш, Ф.І.Фёдараў.

т. 8, с. 208