Когда очень сильное взаимодействие...

[Osmiy]

Представим такую ситуацию:
Есть две притягивающиеся друг к другу свободные частицы с суммарной массой $m_0$.
Далее они образуют стабильную квантовую систему, выделяется энергия связывания $E_{c}$.
Соответственно масса покоя частиц уменьшается на величину $\Delta{m}=E_c/c^2$.
А сама выделившаяся энергия тратится на излучение кванта и придания импульса новой системе.

Теперь мысленно подкрутим константу взаимодействия (увеличим её сильно-сильно) так, чтобы энергия связывания равнялась $m_0 c^2$.
Тогда такая система излучит квант, а сама станет безмассовой, но имеющей импульс, т.е. сама станет квантом.
Т.е. произойдет такая картина: две частицы относительно медленно встречаются в пространстве, исчезают, и на их месте рождаются два кванта, разлетающихся в разные стороны, их энергия равна энергии покоя частиц.

Такое реально должно произойти будь у нас такие частицы, или они никогда не свалятся в такое квантовое состояние?

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[Munin]

Osmiy в сообщении #1088707 писал(а):

...тратится на излучение кванта

Osmiy в сообщении #1088707 писал(а):

...сама станет квантом.

Прежде всего, надо вот этот вот мусор выкинуть из головы. Нету такого предмета "квант". И нету противопоставления "кванта" и частицы.

Есть разные частицы. Электроны, протоны, позитроны... И в том числе - фотоны. Фотоны - это обычные частицы. Рядовые. Ничем в классе частиц не выделенные.

А фразы типа "излучения кванта" были характерны для физики в лучшем случае 30-х годов, когда ещё толком не установилась терминология. С тех пор такие выражения подхватили, и передают между собой, тексты возрастающей идиотичности. К физике они не имеют уже ни малейшего отношения.

(Есть понятие "квант поля". Это сложное понятие, и употреблять его стоит, только хорошо понимая его смысл. Хотя при этом оказывается, что кванты поля по сути являются частицами, а частицы - квантами поля. То есть, никакой разницы нет: и электрон - квант поля, и в то же время частица; и фотон - квант поля, и в то же время частица. Но от употребления этого слова, повторяю, популярному читателю, неспециалисту, лучше воздержаться. Прежде всего, потому что есть "квант чего-то ещё" (для очень многих разных чего-то), и это совершенно другие понятия - чаще всего, не объекты вообще.)

-- 07.01.2016 15:20:19 --

Osmiy в сообщении #1088707 писал(а):

Теперь мысленно подкрутим константу взаимодействия (увеличим её сильно-сильно) так, чтобы энергия связывания равнялась $m_0 c^2$. ... Т.е. произойдет такая картина: две частицы относительно медленно встречаются в пространстве, исчезают, и на их месте рождаются два кванта, разлетающихся в разные стороны, их энергия равна энергии покоя частиц. Такое реально должно произойти будь у нас такие частицы, или они никогда не свалятся в такое квантовое состояние?

Такое реально должно произойти, но дело в том, что очень трудно сделать энергию связи ровно $m_0 c^2.$ Гораздо легче сделать "перебор" или "недобор".

Но такое реально происходит, например, именно так можно, в принципе, описать попросту аннигиляцию. Оговорка "в принципе" означает, что так никто не делает: это неудобно по некоторым другим причинам, и поэтому не является общепринятым описанием и соглашением. Но это не противоречие научным фактам, а просто расхождение с общепринятым изложением этих фактов и моделей.

Кроме аннигиляции, собственно, примеров-то и нет. Именно из-за необходимости "точной настройки" энергии связи. Но есть ещё аналоги с квазичастицами в твёрдом теле, опять же схожие с аннигиляцией по математическому описанию.

[Osmiy]

А если предположить что именно это и есть реальный механизм аннигиляции электрона и позитрона.
Между ними есть электромагнитное взаимодействие (дальнодействующее) и другое (например, слабое и пр., короткодействующее).
Электромагнитное взаимодействие образует позитроний. Электрон и позитрон долго крутятся рядом друг с другом, это позволяет включиться механизму короткодействующей силы. Они обмениваются массовым бозоном и превращаются в фотоны.
А что если через время жизни позитрония попробовать подсчитать массу бозона. Не получится ли она равной уже известным бозонам (или будущим гипотетическим)?

[Munin]

Osmiy в сообщении #1088715 писал(а):

А если предположить что именно это и есть реальный механизм аннигиляции электрона и позитрона.

А вот этого не надо. Реальный механизм один. Он прекрасно известен. Но он может быть описан по-разному, разной математикой, и ещё более разными словесными комментариями. И ошибочно думать, что только одна такая словесная конструкция, которая вам только что пришла в голову - это и есть единственная окончательная истина.

Osmiy в сообщении #1088715 писал(а):

Между ними есть электромагнитное взаимодействие (дальнодействующее) и другое (например, слабое и пр., короткодействующее).

Не между ними, а вообще. Электрон и позитрон участвуют в электромагнитном и слабом взаимодействиях. Но на расстояниях, на которые они сближаются в позитронии, слабое взаимодействие пренебрежимо мало (и подавлено экспоненциально).

Osmiy в сообщении #1088715 писал(а):

Электрон и позитрон долго крутятся рядом друг с другом, это позволяет включиться механизму короткодействующей силы.

Нету тут никакого "позволяет включаться механизму".

Osmiy в сообщении #1088715 писал(а):

Они обмениваются массовым бозоном и превращаются в фотоны.

У вас полностью неверное представление о механизме взаимодействия и о механизме аннигиляции. Если электрон и позитрон обменяются бозоном, то они останутся двумя фермионами. Никуда не проаннигилируют. (Сейчас я не могу нарисовать вам диаграмму, чуть позже, или пусть кто-то ещё.) А чтобы проаннигилировать, им надо не обмениваться бозоном, а соединиться вместе в одной точке, исчезнуть обоим, и породить при этом бозон.

Osmiy в сообщении #1088715 писал(а):

А что если через время жизни позитрония попробовать подсчитать массу бозона.

Поскольку слабое взаимодействие пренебрежимо мало в позитронии, то и на время жизни позитрония оно не влияет. Время жизни позитрония рассчитывается из электромагнитного взаимодействия. (Фотон - тоже бозон, кстати говоря.)

[Osmiy]

Ладно последний вопрос (честно-честно).
Для подсчета аннигиляции чисто по КЭД используют двухсобытийную диаграмму. Электрон и позитрон летят в пространстве. Кто-то из них, например электрон, испускает виртуальный фотон, и электрон переходит в виртуальное состояние. Далее электрон и позитрон встречаются и испускают фотон.
Вот откуда берется для расчетов аннигиляции значение вероятности события "встреча электрона и позитрона с превращением в фотон"?
Оно рассчитывается через ПТС или подобрано из экспериментальных данных.

-- 07.01.2016, 18:35 --

Osmiy в сообщении #1088727 писал(а):

значение вероятности события

или если точнее амплитуда вероятности этого события

[Munin]

Osmiy в сообщении #1088727 писал(а):

Для подсчета аннигиляции чисто по КЭД используют двухсобытийную диаграмму.

Ну наконец-то вы её посмотрели.

Osmiy в сообщении #1088727 писал(а):

Кто-то из них, например электрон, испускает виртуальный фотон, и электрон переходит в виртуальное состояние.

Нет, он испускает реальный фотон. (В простейшем случае аннигиляции, который вы упомянули.)

Все входящие и исходящие линии диаграммы - реальные частицы.

Osmiy в сообщении #1088727 писал(а):

Вот откуда берется для расчетов аннигиляции значение вероятности события "встреча электрона и позитрона с превращением в фотон"?

1. Берётся плотность волновой функции электрона в точке, и плотность волновой функции позитрона в точке.
2. Они перемножаются между собой, и умножаются на специальную мировую константу - константу электромагнитного взаимодействия, которая равна заряду электрона в системе единиц $c=\hbar=1,$ обозначается $e,$ и равна примерно $e\approx 1/12.$
3. Получившееся число - это пока что плотность вероятности. Для полной вероятности надо проинтегрировать эту величину по всему пространству. Кроме того, это получится вероятность события в малый промежуток времени $\Delta t,$ а если электрон и позитрон не прореагировали, то могут прореагировать позже, до тех пор, пока не разлетятся безвозвратно в разные места пространства.

Osmiy в сообщении #1088727 писал(а):

Оно рассчитывается через ПТС или подобрано из экспериментальных данных.

Что такое ПТС?

Экспериментальных данных здесь используется только одно число - $e.$ Кроме того, весь процесс в целом может быть сравнён с экспериментом, и это показывает совпадение с предсказаниями КЭД, с невероятно большой точностью. Это самая точно совпадающая с экспериментом физическая теория.

[Osmiy]

Munin в сообщении #1088757 писал(а):

Что такое ПТС?

Постоянная тонкой структуры.



Т.е. получается грубо говоря в роли "очень сильного взаимодействия", описанного в первом посте, выступает принцип неопределенности, который позволяет электрону/позитрону испустить фотон с энергией, равной энергии покоя частицы.

[Munin]

Osmiy в сообщении #1088761 писал(а):

Постоянная тонкой структуры.

Её никто никогда так не сокращает.

Osmiy в сообщении #1088761 писал(а):

Т.е. получается грубо говоря в роли "очень сильного взаимодействия", описанного в первом посте, выступает принцип неопределенности, который позволяет электрону/позитрону испустить фотон с энергией, равной энергии покоя частицы.

Нет, конечно. Что за чушь?

[Theoristos]

Munin в сообщении #1088710 писал(а):

Osmiy в сообщении #1088707 писал(а):

очень трудно сделать энергию связи ровно $m_0 c^2.$ Гораздо легче сделать "перебор" или "недобор".

А можно пример в "перебор"?

[Munin]

Есть теоретическое рассмотрение электронов в атоме с зарядом ядра $Z>137\approx 1/\alpha.$
Падение виртуальной частицы с отрицательной энергией в чёрную дыру при процессе испарения.
Ещё, кажется, как-то можно было за уши кварки в конфайнменте притянуть.
Ну и конечно, твердотельные аналогии - вот там раздолье.