Как "выглядит" частица?

[Munin]

BISHA в сообщении #695091 писал(а):

Не знаю, это единичный эксперимент или нет.

Не знаете - помалкивайте.

[Olgan]

Munin в сообщении #694057 писал(а):

Я не хочу заваливать подробностями, а хочу подчеркнуть основную мысль: квантовая теория поля свела частицы и поля, вещество и взаимодействия, к единому знаменателю: к квантовым полям.

А можно ли наглядно представить взаимодействие с этой точки зрения? Допустим так как это сделал Утияма в своей книге " К чему пришла физика" когда рассматривал гипотезу Ферми и Юкавы(стр.134) о бета распаде. Или рисунок здесь неуместен?
Вообще что Вы думаете по этому поводу?

[Munin]

Я не знаю, что там писал Утияма, но скорее всего, там изложены общеизвестные вещи о том, что взаимодействие на квантовом уровне оказывается обменом частицей-переносчиком взаимодействия. (Хотя это не совсем так, это всего лишь один частный случай.)

Я думаю, что популярные книжки читать хорошо и полезно. Рекомендую Фейнмана "КЭД: странная теория света и вещества" и (не популярная) Хелзен, Мартин "Кварки и лептоны". В принципе, то же самое изложенно ещё во многих популярных книгах:
И. Д. Новиков "Куда течёт река времени?"
Мигдал "Квантовая физика для больших и маленьких"
Окунь "$\boldsymbol{\alpha\beta\gamma\ldots Z}$ (Элементарное введение в физику элементарных частиц)"

Но у популярных книг есть "потолок": они никогда не расскажут серьёзную математику, и поэтому - действительные причины построения той или иной теории, и реальные объяснения сложных эффектов. Поэтому рано или поздно надо переходить от популярных книг к учебникам и другим серьёзным книгам. Которые тоже могут быть увлекательны - нельзя думать, что все учебники сухи и скучны. Вопрос только в том, что чтение учебника - это работа. И готовы ли вы совершить эту работу ради знаний и понимания? Немалую.

[Olgan]

Munin в сообщении #697611 писал(а):

Я не знаю, что там писал Утияма, но скорее всего, там изложены общеизвестные вещи о том, что взаимодействие на квантовом уровне оказывается обменом частицей-переносчиком взаимодействия.

Да именно так там написано. И представлено рисунком. Это понятно. Когда есть частицы которые взаимодействуют обмениваясь частицами переносчиками взаимодействия как будто происходит обмен мячами.
Сейчас читаю Фейнмана по вашему совету.
Однако каким образом можно представить поля вместо "мячиков"? Можно ли под мячиками воображать "кванты поля"?

[Munin]

Olgan в сообщении #697780 писал(а):

Это понятно. Когда есть частицы которые взаимодействуют обмениваясь частицами переносчиками взаимодействия как будто происходит обмен мячами.

Ну, это отдалённое сходство, на самом деле. Популярно так любят объяснять, но если начать слишком всерьёз принимать эту аналогию и слишком всерьёз вдумываться, появляются нестыковки.

Olgan в сообщении #697780 писал(а):

Однако каким образом можно представить поля вместо "мячиков"? Можно ли под мячиками воображать "кванты поля"?

"Мячики" - это и есть кванты поля. Поле - это много таких "мячиков", вылетающих из источника, и не найдя на ком поглотиться, возвращающихся обратно. Это происходит по той причине, что они квантовые. Надо отличать это от идеи, в которой из источника потоком летят классические частицы, и никогда не возвращаются. Это бы приводило к уменьшающейся энергии и массе источника, а в квантовом случае такого не происходит.

[Olgan]

Munin в сообщении #697784 писал(а):

Поле - это много таких "мячиков", вылетающих из источника,

Но источник - это также квант поля? Так же? Такой же "мячик".

-- 18.03.2013, 21:08 --

Munin в сообщении #697784 писал(а):

Это бы приводило к уменьшающейся энергии и массе источника, а в квантовом случае такого не происходит.

В этом и отличие "мячика - кванта" от "мячика - частица ,переносчика взаимодействия". Так?

[Munin]

Источник - это квант другого поля. Например, электрон - это квант электронного поля. Он электрически заряжен, и поэтому является источником фотонов - квантов электромагнитного поля.

У полей немного разные свойства. Например, очень важное отличие между полями - это поля фермионов и бозонов. Электрон - фермион, а фотон - бозон. Последствия у этого, например, такие:
- фермионы бывают в двух противоположных "ипостасях": частицы и античастицы - а бозоны (с оговорками) - только частицы;
- фермионы имеют закон сохранения суммарного числа частиц (причём античастицы учитываются со знаком минус), а бозоны могут легко рождаться и исчезать поодиночке. Отсюда следствие, что фермионы рождаются и исчезают парами со своими античастицами (рождение пар и аннигиляция).
- фермионы не могут находиться в одинаковом квантовом состоянии (запрет Паули), и из-за этого "отталкиваются" (хотя не так, как отталкиваются электрические заряды, а просто избегают быть в одном месте), а бозоны - наоборот, "любят" находиться в одинаковом квантовом состоянии, и поэтому часто "толпятся" вместе.

Но эти отличия не очень велики на фоне того, что и то и другое - квантовые поля. И если подумать, некоторые законы для них действуют более симметрично, чем принято думать на популярном уровне. Например, не только электрон является источником "мячиков"-фотонов, но и фотон является источником "мячиков"-электронов. Фотон может испустить электрон - но всегда в паре с позитроном, я выше пояснил, почему. Кроме того, два фотона могут "притягиваться" между собой, из-за обмена электронами и позитронами, просто этот эффект крайне-крайне мал (из-за ещё одного отличия между полями - масса электрона большая, а масса фотона нулевая), и едва-едва заметен в экспериментах.

Ещё одно отличие между полями - это какие поля какие могут нести заряды, и с какими другими полями взаимодействовать. Например, поле кварков, кроме электрического заряда (так что кварки испускают фотоны), несёт ещё и цветной заряд, так что кварки испускают глюоны. А вот поле электронов цветного заряда не несёт. Дальше ещё интересней: само поле глюонов несёт цветной заряд, так что глюоны сами испускают другие глюоны (самодействие поля), а вот ни у фотонов, ни у электронов с кварками такое не встречается (в первой половине 20 века была сформулирована теория слабого взаимодействия Ферми, по которой электроны обладали самодействием, но потом оказалось, что это приближение другой теории, с промежуточными частицами - слабыми бозонами, так что электрон испускает слабый бозон, а тот - опять электрон, и на самом деле самодействия нет).

-- 18.03.2013 21:19:45 --

Olgan в сообщении #697789 писал(а):

В этом и отличие "мячика - кванта" от "мячика - частица ,переносчика взаимодействия". Так?

Нет, в этом отличие "квантового мячика - квантовой частицы, переносчика взаимодействия" от "классического мячика - классической частицы". Вообще не бывает классических частиц-переносчиков взаимодействия. Такая идея имеет математические нестыковки и противоречия. "Работает" только её квантовый вариант.

[Olgan]

Munin в сообщении #697802 писал(а):

Источник - это квант другого поля.

Спасибо.
Скажите, а какие есть количественные характеристики у квантов поля? Возможно это отображать в виде "векторов" или "скаляров".
Отличие "фермионных полей" от " полей бозонов" если говорить об направлениях т.е. выражать данные отличия в виде рисунка как будет выражаться? Или это глупый вопрос ?

[Munin]

Olgan в сообщении #697836 писал(а):

Скажите, а какие есть количественные характеристики у квантов поля? Возможно это отображать в виде "векторов" или "скаляров".

Масса, разные заряды (например, электрический), некоторые другие числа, которые принято называть "квантовыми числами частицы". Их известен целый мешок, с их помощью частицы классифицируют в "периодическую таблицу", напоминающую таблицу Менделеева. Самое важное среди них - спин (или модуль спина). У бозонных полей спин выражается целым числом: 0, 1, 2... - а у фермионных - отличающимся от целого на половинку, говорят - "полуцелым": 1/2, 3/2, 5/2...

Частицы можно отображать в виде скаляров, векторов и т. п. в соответствии с их спином:
0 - скаляр или псевдоскаляр (зависит от пространственной чётности P)
1/2 - спинор (вообще, для любого полуцелого спина - тоже спиноры, но обычно под словом "спинор" подразумевают спин 1/2)
1 - вектор или аксиальный вектор (псевдовектор)
2 - тензор (вообще, для любого целого спина больше 1 - тоже тензоры, но обычно под словом "тензор" подразумевают спин 2) или псевдотензор. Псевдотензоры часто тоже называют тензорами.

В виде рисунка скаляр можно представить числом, вектор - стрелкой, тензор - двумя стрелками... а вот спиноры так просто рисунком не представишь. Это, увы, такие математические понятия, которые не имеют наглядного изображения.

Ещё упомяну, что кроме пространственного спина, и соответственно, спинорного типа частицы, есть ещё и внутренние характеристики (те самые квантовые числа), которые тоже иногда называются "спином" и соответствующими типами. Наиболее известен из них изоспин (изотопический спин), и например, $\pi$-мезон с точки зрения обычного спина - псевдоскаляр, а с точки зрения изоспина - изовектор.

[Olgan]

Munin в сообщении #697784 писал(а):

Поле - это много таких "мячиков", вылетающих из источника, и не найдя на ком поглотиться, возвращающихся обратно. Это происходит по той причине, что они квантовые.

Спасибо. С количественными характеристиками конечно сложновато но понял отличие.
Почему "мячики" из - за того что они квантовые возвращаются назад к "источнику"? Что такое вносит свойство - "квант". Способность возвращаться? Зависимость от источника? Как бумеранг?

-- 19.03.2013, 06:57 --

Munin в сообщении #697802 писал(а):

Ещё одно отличие между полями - это какие поля какие могут нести заряды, и с какими другими полями взаимодействовать.

А гравитационное поле несет заряд? т.е. массу можно представить как "своеобразный заряд"?

[Munin]

Olgan в сообщении #697993 писал(а):

Почему "мячики" из - за того что они квантовые возвращаются назад к "источнику"? Что такое вносит свойство - "квант". Способность возвращаться? Зависимость от источника? Как бумеранг?

К сожалению, что это за свойство, и что оно вносит, нельзя объяснить просто и быстро. Просто в принципе нельзя. Поэтому на эту тему так много глупых домыслов. Тут надо либо читать полноценный учебник (а есть и такие, которые хотя и учебники, но всё равно сути не объясняют), либо популярные лекции Фейнмана. Больше никто, насколько я знаю, не умел этого популярно объяснить. Я могу попытаться, но без гарантии результата.

Почему они возвращаются - это легче. Вы слышали про такую штуку, как туннельный переход в квантовой физике? Он состоит в том, что квантовая частица, например, электрон, может проникнуть из одной области, где ей быть можно, в другую область, где ей быть можно, "через стенку". "В стенке" ей быть нельзя, но проскочить можно, если частица потом из неё выскочит. То есть, полный квантовый процесс обязательно должен завершиться "вне стенки": или частица "делает вылазку", но неуспешно, и возвращается обратно, или успешно, и оказывается по другую сторону "стенки". Так вот. "Мячики-переносчики взаимодействия" движутся точно так же, с тем уточнением, что роль "стенки" играет всё пространство между источником и приёмником. Сумеют попасть в приёмник - оказываются в приёмнике, и квантовый обмен считается состоявшимся. Не сумеют (например, приёмника просто нет) - оказываются обратно в источнике.

Olgan в сообщении #697993 писал(а):

А гравитационное поле несет заряд? т.е. массу можно представить как "своеобразный заряд"?

На самом деле, там не масса, а кое-что другое, но да, можно. Гравитационный заряд. И гравитационное поле несёт гравитационный заряд. То есть, это поле самодействующее. Из-за самодействия гравитационного поля появляются всякие неньютоновские отклонения: прецессия перигелия Меркурия, чёрные дыры...

[Olgan]

Munin в сообщении #698278 писал(а):

То есть, полный квантовый процесс обязательно должен завершиться "вне стенки": или частица "делает вылазку", но неуспешно, и возвращается обратно, или успешно, и оказывается по другую сторону "стенки". Так вот. "Мячики-переносчики взаимодействия" движутся точно так же, с тем уточнением, что роль "стенки" играет всё пространство между источником и приёмником. Сумеют попасть в приёмник - оказываются в приёмнике, и квантовый обмен считается состоявшимся. Не сумеют (например, приёмника просто нет) - оказываются обратно в источнике.

Да. Я понял. Спасибо большое.

[Lexey]

Munin в сообщении #698278 писал(а):

Почему они возвращаются - это легче.

Есть такая крамольная мысль, что мячики-фотоны таки возвращаются не совсем самостоятельно. Если мы рассматриваем замкнутую систему с точки зрения эдектродинамики, это видимо предполагает расположение ее в ящике с идеально отражающими стенками. В этой ситуации понятно что рано или поздно мячик попадет таки либо в предназначенную ему цель цель либо в собственный источник. третьего не дано. Но такой подход мне кажется рушит принципы КМ(применительно к фотону). Он позволяет объяснить некоторые очень важные "предсказания KM" в рамках классической электродинамики. Это именно те предсказания, которые ведут к проблеме макроскопической нелокальности КМ. Я не большой специалист в КЭД, я просто радиотехник с опытом в области оптики и физики детекторов, шумов, обнаружения слабых сигналов и т.п. Xочу услышать мнение физиков-теоретиков по поводу моих мыслей.

[Munin]

Lexey в сообщении #705623 писал(а):

Если мы рассматриваем замкнутую систему с точки зрения эдектродинамики, это видимо предполагает расположение ее в ящике с идеально отражающими стенками.

Не обязательно. Атом в основном состоянии не излучает, хотя никакими стенками не окружён.

Lexey в сообщении #705623 писал(а):

Он позволяет объяснить некоторые очень важные "предсказания KM" в рамках классической электродинамики.

После совершения логической ошибки можно городить всё, что угодно.

Lexey в сообщении #705623 писал(а):

Я не большой специалист в КЭД, я просто радиотехник с опытом в области оптики и физики детекторов, шумов, обнаружения слабых сигналов и т.п. Xочу услышать мнение физиков-теоретиков по поводу моих мыслей.

Радиотехники с опытом - часто попадают в такую ловушку, что незнакомые вещи считают целиком объясняемыми через знакомые. Но нет, квантовые эффекты через классические объяснить нельзя, это доказано строго математически. Кстати, это не только к радиотехникам относится, но и ко многим другим опытным, но узким специалистам. Им рано или поздно начинает казаться, что их опыт применим шире.

[Lexey]

Munin в сообщении #705666 писал(а):

Радиотехники с опытом - часто попадают в такую ловушку, что незнакомые вещи считают целиком объясняемыми через знакомые.

Дело в том что многие "удивительные эффекты, принципиальо необъяснимые без КМ" для нас вполне объяснимы, по крайней мере качественно. A все это просчитать точно количественно - сложная рутина.

Например, расщепление энергетических уровней в зоны, фотоэффект, поляризация вакуума, все это имеет классические аналогии.

А метод возмущений КТП как-то уж больно напоминает численные стохастические методы решения каких-то впоне детерминированных нелинейных полевых систем ДУ. Кажется что тут принципиально можно было бы и отделить мух от котлет (дифуры от квантовых шумов) если не привязывать параметры виртуальных пар к реальным частицам.

Вероятностную природу распада частиц и прочих квантовых шумов можно было бы попытаться обьяснить через нейтриновый фон.

Но видно не судьба, раз официальная наука так враждебно относится к подобным идеям.

-- Чт апр 04, 2013 17:41:38 --

Munin в сообщении #705666 писал(а):

Не обязательно. Атом в основном состоянии не излучает, хотя никакими стенками не окружён.

Я говорю о тех фотонах которые излучаются, а не о фотонах электроcтатического поля. Я понимаю что в КЭД это все как-то жутко обобщено. Я сам понимаю что строго формально с точки зрения КЭД как она есть это все чушь.