Напишите формулу антивещества из предмета квантовой физики

Соколов Андрей Михайлович

Преподаватель Физтех-лицея

Проверено учителем

В квантовой физике концепция антивещества не описывается одной химической формулой. Вместо этого она выражается через релятивистские волновые уравнения и операторы квантового поля, которые описывают частицы с идентичной массой, но противоположными квантовыми числами (зарядом). 1. Фундаментальное уравнение Дирака Основой теоретического описания античастиц является уравнение Дирака, которое описывает фермионы (например, электроны) с учетом специальной теории относительности: (iγμμm)ψ=0open paren i gamma raised to the mu power partial sub mu minus m close paren psi equals 0Где:

  • γμgamma raised to the mu power — матрицы Дирака; ψpsi — волновая функция (спинор); mm — масса частицы.

Это уравнение предсказывает существование состояний с отрицательной энергией, которые интерпретируются как античастицы. 2. Оператор зарядового сопряжения Чтобы математически «превратить» частицу в античастицу, используется оператор зарядового сопряжения Ccap C. Если ψpsi — решение для частицы, то соответствующая античастица ψcpsi sub c определяется как: ψc=Cψ̄Tpsi sub c equals cap C psi bar to the cap T-th powerГде:

  • Ccap C — матрица зарядового сопряжения (обычно iγ2γ0i gamma squared gamma to the 0 power); ψ̄psi bar — дираковское сопряжение ( ψγ0psi raised to the † power gamma to the 0 power).

3. Примеры антивещества на квантовом уровне Антивещество обозначается символом частицы с чертой сверху (за исключением позитрона).

Частица СимволАнтичастицаКвантовое различие
Электрон ee raised to the negative powerПозитрон ( e+e raised to the positive power)Электрический заряд: -1+1negative 1 right arrow positive 1
Протон ppАнтипротон ( p̄p bar)Барионное число: +1-1positive 1 right arrow negative 1
Нейтрино νnuАнтинейтрино ( ν̄nu bar)Лептонное число и спиральность
Кварк qqАнтикварк ( q̄q bar)Цветной заряд: цвет right arrow антицвет

4. Квантовая формула сложного антивещества Для построения атома антивещества (например, антиводорода) используются те же принципы квантовой электродинамики, что и для обычного вещества, но с заменой компонентов на их антиподы: Антиводород ( H̄cap H bar): H̄={p̄,e+}cap H bar equals the set p bar comma e raised to the positive power end-setВ этой системе антипротон ( p̄p bar) образует ядро, а позитрон ( e+e raised to the positive power) находится на орбитали. Уравнение Шредингера или Дирака для такой системы будет идентично по структуре обычному водороду, так как потенциал взаимодействия V(r)cap V open paren r close paren определяется произведением зарядов: V(r)=q1q24πϵ0rcap V open paren r close paren equals the fraction with numerator q sub 1 q sub 2 and denominator 4 pi epsilon sub 0 r end-fraction Для водорода: (+e)×(e)=e2open paren positive e close paren cross open paren negative e close paren equals negative e squared. Для антиводорода: (e)×(+e)=e2open paren negative e close paren cross open paren positive e close paren equals negative e squared. Я могу подготовить для вас подробный расчет процесса аннигиляции частицы и античастицы с вычислением выделяемой энергии по формуле Эйнштейна. Хотите, чтобы я это сделал?

Форма ответа

Ваш аватар