Главная

По литературе

Если позитрон, протон, нейтрон и α-частица имеют одинаковую длину волны де Бройля, то наименьшей скоростью обладает. Связанные системы лептон-антилептон

Если позитрон, протон, нейтрон и α-частица имеют одинаковую длину волны де Бройля, то наименьшей скоростью обладает. Связанные системы лептон-антилептон

80. Если не учитывать колебательные движения в молекуле водорода при температуре 200 К , то кинетическая энергия в (Дж ) всех молекул в 4 г водорода равна … Ответ:

81. В физиотерапии используется ультразвук частотой и интенсивностью При воздействии таким ультразвуком на мягкие ткани человека плотностью амплитуда колебаний молекул будет равна …
(Считать скорость ультразвуковых волн в теле человека равной Ответ выразите в ангстремах и округлите до целого числа.) Ответ: 2.

82. Складываются два взаимно перпендикулярных колебания. Установите соответствие между номером соответствующей траектории и законами колебаний точки M вдоль осей координат
Ответ:

83. На рисунке представлен профиль поперечной бегущей волны, которая распространяется со скоростью . Уравнением данной волны является выражение …
Ответ:

84. Закон сохранения момента импульса накладывает ограничения на возможные переходы электрона в атоме с одного уровня на другой (правило отбора). В энергетическом спектре атома водорода (см. рис.) запрещенным является переход …
Ответ:

85. Энергия электрона в атоме водорода определяется значением главного квантового числа . Если , то равно … Ответ: 3.

86. . Момент импульса электрона в атоме и его пространственные ориентации могут быть условно изображены векторной схемой, на которой длина вектора пропорциональна модулю орбитального момента импульса электрона. На рисунке приведены возможные ориентации вектора .
Ответ: 3.

87. Стационарное уравнение Шредингера в общем случае имеет вид . Здесь потенциальная энергия микрочастицы. Движение частицы в трехмерном бесконечно глубоком потенциальном ящике описывает уравнение …Ответ:

88. На рисунке схематически изображены стационарные орбиты электрона в атоме водорода согласно модели Бора, а также показаны переходы электрона с одной стационарной орбиты на другую, сопровождающиеся излучением кванта энергии. В ультрафиолетовой области спектра эти переходы дают серию Лаймана, в видимой – серию Бальмера, в инфракрасной – серию Пашена.

Наибольшей частоте кванта в серии Пашена (для переходов, представленных на рисунке) соответствует переход …Ответ:

89. Если протон и дейтрон прошли одинаковую ускоряющую разность потенциалов, то отношение их длин волн де Бройля равно …Ответ:

90. На рисунке изображен вектор скорости движущегося электрона:

С направлен …Ответ: от нас

91. Маленьким электрокипятильником можно вскипятить в автомобиле стакан воды для чая или кофе. Напряжение аккумулятора 12 В . Если он за 5 мин нагревает 200 мл воды от 10 до 100°С , то сила тока (в А
Дж/кг. К .)Ответ: 21

92. Проводящий плоский контур площадью 100 см 2 Тл мВ ), равна …Ответ: 0,12

93. Для ориентационной поляризации диэлектриков характерно …Ответ: влияние теплового движения молекул на степень поляризации диэлектрика

94. На рисунках представлены графики зависимости напряженности поля для различных распределений заряда:

R показан на рисунке … Ответ: 2.

95. Уравнения Максвелла являются основными законами классической макроскопической электродинамики, сформулированными на основе обобщения важнейших законов электростатики и электромагнетизма. Эти уравнения в интегральной форме имеют вид:
1). ;
2). ;
3). ;
4). 0.
Третье уравнение Максвелла является обобщением Ответ: теоремы Остроградского – Гаусса для электростатического поля в среде

96. Кривая дисперсии в области одной из полос поглощения имеет вид, показанный на рисунке. Соотношение между фазовой и групповой скоростями для участка bc имеет вид …
Ответ:

1. 182 . Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно (две изотермы 1-2, 3-4 и две адиабаты 2-3, 4-1).

В процессе изотермического расширения 1-2 энтропия рабочего тела … 2)не изменяется

2. 183. Изменение внутренней энергии газа при изохорном процессе возможно … 2) без теплообмена с внешней средой

3. 184. При выстреле орудия снаряд вылетел из ствола, расположенного под углом к горизонту, вращаясь вокруг своей продольной оси с угловой скоростью . Момент инерции снаряда относительно этой оси , время движения снаряда в стволе . На ствол орудия во время выстрела действует момент сил … 1)

Ротор электродвигателя, вращающийся со скоростью , после выключения остановился через 10с. Угловое ускорение торможения ротора после выключения электродвигателя оставалось постоянным. Зависимость частоты вращения от времени торможения показана на графике. Число оборотов, которые сделал ротор до остановки, равно … 3) 80

5. 186. Идеальный газ имеет минимальную внутреннюю энергию в состоянии …

2) 1

6. 187. Шар радиуса R и массы M вращается с угловой скоростью . Работа, необходимая для увеличения скорости его вращения в 2 раза, равна… 4)

7. 189 . Через интервал времени, равный двум периодам полураспада, нераспавшихся радиоактивных атомов останется… 2)25%

8. 206 . Тепловой двигатель, работающий по циклу Карно (см. рисунок), совершает за цикл работу, равную…

9. 207. Если для многоатомных молекул газа при температурах вклад энергии колебания ядер в теплоемкость газа пренебрежимо мал, то из предложенных ниже идеальных газов (водород, азот, гелий, водяной пар) изохорную теплоемкость ( универсальная газовая постоянная) имеет один моль … 2) водяного пара

10. 208.

Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3 двумя способами: по пути 1-3 и 1-2-3. Отношение работ , совершенных газом, равно … 3) 1,5

11. 210. При увеличении давления в 3 раза и уменьшении объема в 2 раза внутренняя энергия идеального газа … 3) увеличится в 1,5 раза

12. 211.

13. Шарик радиусом катится равномерно без проскальзывания по двум параллельным линейкам, расстояние между которыми , и за 2с проходит 120см. Угловая скорость вращения шарика равна … 2)

14. 212 . На барабан радиусом намотан шнур, к концу которого привязан груз массой . Груз опускается с ускорением . Момент инерции барабана … 3)

15. 216. Прямоугольная проволочная рамка расположена в одной плоскости с прямолинейным длинным проводником, по которому течет ток I. Индукционный ток в рамке будет направлен по часовой стрелке при ее …

3) поступательном перемещении в отрицательном направлении оси OX

16. 218. Рамка с током с магнитным дипольным моментом , направление которого указано на рисунке, находится в однородном магнитном поле:

Момент сил, действующих на магнитный диполь, направлен … 2) перпендикулярно плоскости рисунка к нам

17. 219. Средняя кинетическая энергия молекул газа при температуре зависит от их конфигурации и структуры, что связано с возможностью различных видов движения атомов в молекуле и самой молекулы. При условии, что имеет место поступательное и вращательное движение молекулы как целого, средняя кинетическая энергия молекулы водяного пара () равна … 3)

18. 220. Собственные функции электрона в атоме водорода содержат три целочисленных параметра: n, l и m. Параметр n называется главным квантовым числом, параметры l и m – орбитальным (азимутальным) и магнитным квантовыми числами соответственно. Магнитное квантовое число m определяет … 1)проекцию орбитального момента импульса электрона на некоторое направление

19. 221. Стационарное уравнение Шредингера описывает движение свободной частицы, если потенциальная энергия имеет вид … 2)

20. 222. На рисунке представлены графики, отражающие характер зависимости поляризованности Р диэлектрика от напряженности внешнего электрического поля Е.

Неполярным диэлектрикам соответствует кривая … 1) 4

21. 224. Горизонтально летящая пуля пробивает брусок, лежащий на гладкой горизонтальной поверхности. В системе «пуля – брусок» … 1) импульс сохраняется, механическая энергия не сохраняется

22. Обруч скатывается без проскальзывания с горки высотой 2,5 м. Скорость обруча (в м/с) у основания горки при условии, что трением можно пренебречь, равна … 4) 5

23. 227. Т Импульс тела изменился под действием кратковременного удара и стал равным , как показано на рисунке:

В момент удара сила действовала в направлении … Ответ:2

24. 228. Ускоритель сообщил радиоактивному ядру скорость (c – скорость света в вакууме). В момент вылета из ускорителя ядро выбросило в направлении своего движения β-частицу, скорость которой относительно ускорителя. Скорость β-частицы относительно ядра равна … 1) 0,5 с

25. 231. Средняя кинетическая энергия молекул газа при температуре зависит от их конфигурации и структуры, что связано с возможностью различных видов движения атомов в молекуле и самой молекулы. При условии, что имеет место поступательное, вращательное движение молекулы как целого и колебательное движение атомов в молекуле, отношение средней кинетической энергии колебательного движения к полной кинетической энергии молекулы азота () равно …3) 2/7

26. 232. Спиновое квантовое число s определяет … собственный механический момент электрона в атоме

27. 233. Если молекула водорода, позитрон, протон и -частица имеют одинаковую длину волны де Бройля, то наибольшей скоростью обладает … 4) позитрон

28. Частица находится в прямоугольном одномерном потенциальном ящике с непроницаемыми стенками шириной 0,2 нм. Если энергия частицы на втором энергетическом уровне равна 37,8 эВ, то на четвертом энергетическом уровне равна _____ эВ.2) 151,2

29. Стационарное уравнение Шредингера в общем случае имеет вид . Здесь потенциальная энергия микрочастицы. Электрону в одномерном потенциальном ящике с бесконечно высокими стенками соответствует уравнение …1)

30. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля в интегральной форме имеет вид:

Следующая система уравнений:

справедлива для … 4) электромагнитного поля в отсутствие свободных зарядов

31. На рисунке изображены сечения двух прямолинейных длинных параллельных проводников с противоположно направленными токами, причем . Индукция магнитного поля равна нулю на участке …

4) d

32. По параллельным металлическим проводникам, расположенным в однородном магнитном поле, с постоянным ускорением перемещается проводящая перемычка, длиной (см. рис.). Если сопротивлением перемычки и направляющих можно пренебречь, то зависимость индукционного тока от времени можно представить графиком …

33. На рисунках изображены зависимости от времени скорости и ускорения материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону.

Циклическая частота колебаний точки равна ______ Ответ:2

34. Складываются два гармонических колебания одного направления с одинаковыми частотами и амплитудами, равными и . Установите соответствие между разностью фаз складываемых колебаний и амплитудой результирующего колебания.

35. Варианты ответов:

36. Если частоту упругой волны увеличить в 2 раза, не изменяя ее скорости, то интенсивность волны увеличится в ___ раз(-а). Ответ:8

37. Уравнение плоской волны, распространяющейся вдоль оси OХ, имеет вид . Длина волны (в м) равна … 4) 3,14

38. Фотон с энергией 100 кэВ в результате комптоновского рассеяния на электроне отклонился на угол 90°. Энергия рассеянного фотона равна _____ . Ответ выразите в кэВ и округлите до целого числа. Учтите, что энергия покоя электрона 511 кэВ Ответ:84

39. Угол преломления луча в жидкости равен Если известно, что отраженный луч полностью поляризован, то показатель преломления жидкости равен … 3) 1,73

40. Если ось вращения тонкостенного кругового цилиндра перенести из центра масс на образующую (рис.), то момент инерции относительно новой оси _____ раза.

1) увеличится в 2

41. Диск катится равномерно по горизонтальной поверхности со скоростью без проскальзывания. Вектор скорости точки А, лежащей на ободе диска, ориентирован в направлении …

3) 2

42. Небольшая шайба начинает движение без начальной скорости по гладкой ледяной горке из точки А. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Зависимость потенциальной энергии шайбы от координаты х изображена на графике :

Кинетическая энергия шайбы в точке С ______, чем в точке В. 4) в 2 раза больше

43. На концах невесомого стержня длины l закреплены два маленьких массивных шарика. Стержень может вращаться в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, проходящей через середину стержня. Стержень раскрутили до угловой скорости . Под действием трения стержень остановился, при этом выделилось 4 Дж теплоты.

44. Если стержень раскрутить до угловой скорости , то при остановке стержня выделится количество теплоты (в Дж), равное …Ответ: 1

45. Световые волны в вакууме являются … 3) поперечными

46. На рисунках изображены зависимости от времени координаты и скорости материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону:

47. Циклическая частота колебаний точки (в ) равна … Ответ:2

48. Плотность потока энергии, переносимой волной в упругой среде плотностью , увеличилась в 16 раз при неизменной скорости и частоте волны. При этом амплитуда волны возросла в _____ раз(а). Ответ: 4

49. Величина фототока насыщения при внешнем фотоэффекте зависит … 4) от интенсивности падающего света

50. На рисунке дана схема энергетических уровней атома водорода, а также условно изображены переходы электрона с одного уровня на другой, сопровождающиеся излучением кванта энергии. В ультрафиолетовой области спектра эти переходы дают серию Лаймана, в видимой области – серию Бальмера, в инфракрасной области – серию Пашена и т.д.

Отношение минимальной частоты линии в серии Бальмера к максимальной частоте линии в серии Лаймана спектра атома водорода равно … 3)5/36

51. Отношение длин волн де Бройля нейтрона и α-частицы, имеющих одинаковые скорости, равно … 4) 2

52. Стационарное уравнение Шредингера имеет вид . Это уравнение описывает … 2) линейный гармонический осциллятор

53. На рисунке схематически изображен цикл Карно в координатах :

54.

55. Увеличение энтропии имеет место на участке … 1) 1–2

56. Зависимости давления идеального газа во внешнем однородном поле силы тяжести от высоты для двух разных температур представлены на рисунке.

57. Для графиков этих функций неверными являются утверждения, что …3) зависимость давления идеального газа от высоты определяется не только температурой газа, но и массой молекул4) температура ниже температуры

1. Стационарное уравнение Шредингера имеет вид .
Это уравнение описывает … электрон в водородоподобном атоме
На рисунке схематически изображен цикл Карно в координатах :

Увеличение энтропии имеет место на участке 1–2

2. На (P,V )-диаграмме изображены 2 циклических процесса.

Отношение работ , совершенных в этих циклах, равно …Ответ: 2.

3. Зависимости давления идеального газа во внешнем однородном поле силы тяжести от высоты для двух разных температур представлены на рисунке.

Для графиков этих функций неверными являются утверждения, что … температура ниже температуры

зависимость давления идеального газа от высоты определяется не только температурой газа, но и массой молекул

4. При комнатной температуре отношение молярных теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме равно 5/3 для … гелия

5. На рисунке показаны траектории заряженных частиц, с одинаковой скоростью влетающих в однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости рисунка. При этом для зарядов и удельных зарядов частиц верным является утверждение …

, ,

6. Неверным для ферромагнетиков является утверждение …

Магнитная проницаемость ферромагнетика – постоянная величина, характеризующая его магнитные свойства.

7. Уравнения Максвелла являются основными законами классической макроскопической электродинамики, сформулированными на основе обобщения важнейших законов электростатики и электромагнетизма. Эти уравнения в интегральной форме имеют вид:
1). ;
2). ;
3). ;
4). 0.
Четвертое уравнение Максвелла является обобщением …

теоремы Остроградского – Гаусса для магнитного поля

8. Птица сидит на проводе линии электропередачи, сопротивление которого 2,5·10 -5 Ом на каждый метр длины. Если по проводу течет ток силой 2 кА , а расстояние между лапами птицы составляет 5 см , то птица находится под напряжением …

9. Сила тока в проводящем круговом контуре индуктивностью 100 мГн изменяется с течением времени по закону (в единицах СИ):

Абсолютная величина ЭДС самоиндукции в момент времени 2 с равна ____ ; при этом индукционный ток направлен …

0,12 В ; против часовой стрелки

10. Электростатическое поле создано системой точечных зарядов.

Вектор напряженности поля в точке А ориентирован в направлении …

11. Момент импульса электрона в атоме и его пространственные ориентации могут быть условно изображены векторной схемой, на которой длина вектора пропорциональна модулю орбитального момента импульса электрона. На рисунке приведены возможные ориентации вектора .

Минимальное значение главного квантового числа n для указанного состояния равно 3

12. Стационарное уравнение Шредингера в общем случае имеет вид . Здесь потенциальная энергия микрочастицы. Движение частицы в трехмерном бесконечно глубоком потенциальном ящике описывает уравнение

13. На рисунке схематически изображены стационарные орбиты электрона в атоме водорода согласно модели Бора, а также показаны переходы электрона с одной стационарной орбиты на другую, сопровождающиеся излучением кванта энергии. В ультрафиолетовой области спектра эти переходы дают серию Лаймана, в видимой – серию Бальмера, в инфракрасной – серию Пашена.

Наибольшей частоте кванта в серии Пашена (для переходов, представленных на рисунке) соответствует переход

14. Если протон и дейтрон прошли одинаковую ускоряющую разность потенциалов, то отношение их длин волн де Бройля равно

15. На рисунке изображен вектор скорости движущегося электрона:

Вектор магнитной индукции поля, создаваемого электроном при движении, в точке С направлен … от нас

16. Маленьким электрокипятильником можно вскипятить в автомобиле стакан воды для чая или кофе. Напряжение аккумулятора 12 В . Если он за 5 мин нагревает 200 мл воды от 10 до 100°С , то сила тока (в А ), потребляемого от аккумулятора, равна …
(Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг. К .) 21

17. Проводящий плоский контур площадью 100 см 2 расположен в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. Если магнитная индукция изменяется по закону Тл , то ЭДС индукции, возникающая в контуре в момент времени (в мВ ), равна 0,1

18. Для ориентационной поляризации диэлектриков характерно влияние теплового движения молекул на степень поляризации диэлектрика

19. На рисунках представлены графики зависимости напряженности поля для различных распределений заряда:

График зависимости для заряженной металлической сферы радиуса R показан на рисунке …Ответ: 2.

20. Уравнения Максвелла являются основными законами классической макроскопической электродинамики, сформулированными на основе обобщения важнейших законов электростатики и электромагнетизма. Эти уравнения в интегральной форме имеют вид:
1). ;
2). ;
3). ;
4). 0.
Третье уравнение Максвелла является обобщением теоремы Остроградского – Гаусса для электростатического поля в среде

21. Кривая дисперсии в области одной из полос поглощения имеет вид, показанный на рисунке. Соотношение между фазовой и групповой скоростями для участка bc имеет вид …

22. Солнечный свет падает на зеркальную поверхность по нормали к ней. Если интенсивность солнечного излучения равна 1,37 кВт /м 2 , то давление света на поверхность равно _____ . (Ответ выразите в мкПа и округлите до целого числа). Ответ: 9.

23. Наблюдается явление внешнего фотоэффекта. При этом с уменьшением длины волны падающего света увеличивается величина задерживающей разности потенциалов

24. На дифракционную решетку по нормали к ее поверхности падает плоская световая волна с длиной волны Если постоянная решетки , то общее число главных максимумов, наблюдаемых в фокальной плоскости собирающей линзы, равно …Ответ: 9.

25. Частица движется в двумерном поле, причем ее потенциальная энергия задается функцией . Работа сил поля по перемещению частицы (в Дж) из точки С (1, 1, 1) в точку В (2, 2, 2) равна …
(Функция и координаты точек заданы в единицах СИ.) Ответ: 6.

26. Фигурист вращается вокруг вертикальной оси с определенной частотой. Если он прижмет руки к груди, уменьшив тем самым свой момент инерции относительно оси вращения в 2 раза, то частота вращения фигуриста и его кинетическая энергия вращения возрастут в 2 раза

27. На борту космического корабля нанесена эмблема в виде геометрической фигуры:

Если корабль движется в направлении, указанном на рисунке стрелкой, со скоростью, сравнимой со скоростью света, то в неподвижной системе отсчета эмблема примет форму, указанную на рисунке

28. Рассматриваются три тела: диск, тонкостенная труба и кольцо; причем массы m и радиусы R их оснований одинаковы.

Для моментов инерции рассматриваемых тел относительно указанных осей верным является соотношение

29. Диск равномерно вращается вокруг вертикальной оси в направлении, указанном на рисунке белой стрелкой. В некоторый момент времени к ободу диска была приложена сила, направленная по касательной.

При этом правильно изображает направление углового ускорения диска вектор 4

30. На рисунке приведен график зависимости скорости тела от времени t .

Если масса тела равна 2 кг , то сила (в Н ), действующая на тело, равна …Ответ: 1.

31. Установите соответствие между видами фундаментальных взаимодействий и радиусами (в м ) их действия.
1.Гравитационное
2.Слабое
3. Сильное

32. -распадом является ядерное превращение, происходящее по схеме

33. Заряд в единицах заряда электрона равен +1; масса в единицах массы электрона составляет 1836,2; спин в единицах равен 1/2. Это основные характеристики протона

34. Законом сохранения лептонного заряда запрещен процесс, описываемый уравнением

35. В соответствии с законом равномерного распределения энергии по степеням свободы средняя кинетическая энергия молекулы идеального газа при температуре T равна: . Здесь , где , и – число степеней свободы поступательного, вращательного и колебательного движений молекулы соответственно. Для водорода () число i равно 7

36. Диаграмма циклического процесса идеального одноатомного газа представлена на рисунке. Отношение работы при нагревании к работе газа за весь цикл по модулю равно …

37. На рисунке представлены графики функций распределения молекул идеального газа во внешнем однородном поле силы тяжести от высоты для двух разных газов, где массы молекул газа (распределение Больцмана).

Для этих функций верными являются утверждения, что …

масса больше массы

концентрация молекул газа с меньшей массой на «нулевом уровне» меньше

38. При поступлении в неизолированную термодинамическую систему тепла в ходе обратимого процесса для приращения энтропии верным будет соотношение

39. Уравнение бегущей волны имеет вид: , где выражено в миллиметрах, – в секундах, – в метрах. Отношение амплитудного значения скорости частиц среды к скорости распространения волны равно 0,028

40. Амплитуда затухающих колебаний уменьшилась в раз ( – основание натурального логарифма) за . Коэффициент затухания (в ) равен …Ответ: 20.

41. Складываются два гармонических колебания одного направления с одинаковыми частотами и равными амплитудами . Установите соответствие между амплитудой результирующего колебания и разностью фаз складываемых колебаний.
1. 2. 3. Ответ: 2 3 1 0

42. На рисунке показана ориентация векторов напряженности электрического () и магнитного () полей в электромагнитной волне. Вектор плотности потока энергии электромагнитного поля ориентирован в направлении …

43. Два проводника заряжены до потенциалов 34 В и –16 В . Заряд 100 нКл нужно перенести со второго проводника на первый. При этом необходимо совершить работу (в мкДж ), равную …Ответ: 5.

44. На рисунке показаны тела одинаковой массы и размеров, вращающиеся вокруг вертикальной оси с одинаковой частотой. Кинетическая энергия первого тела Дж . Если кг , см , то момент импульса (в мДж·с ) второго тела равен …

На прошлой неделе из Калифорнийского университета в Риверсайде пришло радостное и долгожданное известие. Профессор физики Аллен Миллз (Allen P. Mills, Jr.) и его ассистент Дэвид Кассиди (David Cassidy) 13 сентября сообщили в журнале Nature , что им удалось создать очень недолговечные квазимолекулы, состоящие из пары электронов и пары позитронов. И не просто создать, но и надежно это доказать. Тем самым они с успехом завершили смелый исследовательский проект, который начали несколько лет назад. Во всяком случае, хочется надеяться, что их заявка останется в силе.

Как известно, физики-теоретики часто опережают экспериментаторов. Данный случай не составляет исключения, поскольку создания Кассиди и Миллза были предсказаны еще в 1946 году. Эта история сама по себе достаточно любопытна, так что я опишу ее в деталях.

Началась она на Балканах. В 1934 году хорватский физик Степан Мохоровичич (сын великого сейсмолога , обнаружившего названную его именем границу раздела между земной корой и мантией) предсказал существование связанного состояния электрона и позитрона. Он опирался на развитую Нильсом Бором теорию атома водорода, только вместо протона у него фигурировал позитрон. Мохоровичич опубликовал свои выводы в очень престижном немецком журнале Astronomische Nachrichten . Думаю, что выбор издания объяснялся тем, что тогда позитрон имел вполне небесный статус: в 1931 году Поль Дирак предсказал существование положительно заряженного антиэлектрона, а годом позже Карл Андерсон обнаружил его в ливнях космических частиц (а заодно и окрестил). А еще через год Ирен и Фредерик Жолио-Кюри уже наблюдали антиэлектроны чисто земного происхождения, возникающие при рождении электронно-позитронных пар из гамма-квантов, испущенных радиоактивным источником.

Работе Мохоровичича не повезло. Астрономов она особо не заинтересовала, а физики ее, кажется, и не заметили. Не привилось и предложенное им название электронно-позитронного псевдоатома — электрум. Ныне общепринятый термин «позитроний» изобрел вашингтонский физик Артур Руарк (Arthur Edward Ruark), который в 1945 году пришел к той же идее. А годом позже принстонский профессор Джон Арчибальд Уилер с более общих позиций рассмотрел возможность не только парных, но и более сложных связанных состояний электронов и позитронов, которые назвал полиэлектронами. Вскоре эти теории стали подтверждаться в эксперименте, причем, что естественно, всё началось с позитрония. Впервые его в 1951 году наблюдал переселившийся в США австрийский физик Мартин Дойч (Martin Deutsch), в ту пору профессор Массачусетского технологического института.

Сейчас свойства атомов позитрония хорошо изучены. В экспериментах они образуются при столкновениях медленных позитронов с атомами. Некоторые из таких столкновений приводят к тому, что позитрон захватывает один из внешних электронов атомной оболочки. По размеру атом позитрония вдвое превышает атом водорода.

Как известно, атом водорода может существовать в двух основных состояниях, определяемых взаимной ориентацией спинов протона и электрона. При параллельной ориентации спинов имеем ортоводород, при антипараллельной — параводород (к слову, космическое радиоизлучение водорода объясняется именно переходами между этими состояниями). Атомы позитрония тоже рождаются в орто- и параверсиях. Ортопозитроний аннигилирует на нечетное число квантов электромагнитного излучения с суммарной энергией 1022 кэВ, чаще всего на три гамма-кванта. Парапозитроний, напротив, всегда дает начало паре гамма-квантов.

Это различие в способах распада (которое обуславливается законом сохранения зарядовой четности) приводит к тому, что времена жизни двух форм позитрония оказываются весьма различны. Ортопозитроний существует в вакууме 142 наносекунды, парапозитроний — 125 пикосекунд. В материальных средах атомы позитрония живут еще меньше, чем в пустоте. В общем, это весьма нестабильные системы. Тем не менее они, как и обычные атомы, могут существовать и в форме ионов. В 1981 году Аллен Миллз, который тогда работал в Белловских лабораториях, получил отрицательный ион позитрония, сложенный из пары электронов и одного позитрона.

Аналогия между позитронием и водородом простирается и дальше. Атомы водорода склонны объединяться в двухатомные молекулы. Естественно предположить, что на такое способны и атомы позитрония. Об этом впервые догадался Уилер, о чём и написал в уже упомянутой статье о полиэлектронах (более того, он даже предсказал существование молекул из трех атомов позитрония). Физики не раз пытались создать в эксперименте предсказанные Уилером двухатомные системы, но из этого долго ничего не получалось. Только в 2005 году сотрудники Калифорнийского университета в Риверсайде с коллегами из Японии и двух других американских исследовательских центров заявили (Pdf, 560 Кб), что им удалось произвести на свет двухатомный молекулярный позитроний — дипозитроний (в химической номенклатуре обозначается Ps 2). Это была довольно многочисленная группа (8 участников), но ключевую роль в ней играли те же Кассиди и Миллз. Однако тогдашние экспериментальные результаты допускали разные толкования, так что ученый мир ждал более убедительных доказательств.

И вот теперь они вроде бы получены. Кассиди и Миллз вновь использовали позитронную ловушку, которую несколько лет назад изобрели их коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавляемые Клиффордом Сарко (Clifford M. Surko). Накопив в ней около двадцати миллионов позитронов, экспериментаторы выстреливали ими в небольшой участок кварцевой пленки толщиной 230 нанометров, содержащей множество тончайших отверстий. Каждый импульс был очень коротким, позитроны уходили в цель менее чем за наносекунду. Проникая внутрь этих пор, позитроны встречались с электронами и иногда в союзе с ними давали начало атомам позитрония. КПД этого процесса был очень низким, число позитрониевых атомов не превысило ста тысяч. Некоторые из атомов более долговечного ортопозитрония успевали отмигрировать на поверхность пленки и там объединялись в молекулы дипозитрония.

Кассиди и Миллз выбрали кварц в качестве мишени отнюдь не случайно. При образовании дипозитрония выделяется энергия. Ее надо куда-то отвести, в противном случае атомы позитрония почти наверняка оттолкнутся друг от друга и вновь разойдутся в разные стороны. Поверхность кварцевой пленки поглощала эту энергию и тем стабилизировала атомное спаривание. Пронизывающие ее поры сильно увеличивали ее площадь, создавая больше места для рождения дипозитрониевых молекул.

Естественно, сами эти молекулы никто не видел. Однако при аннигиляции они давали характерное гамма-излучение, которое и было зарегистрировано. Интенсивность этого излучения падала при увеличении температуры пленки. Этого и надо было ожидать, поскольку на холодной поверхности должно было сохраниться больше молекул дипозитрония. Поэтому Кассиди и Миллз полагают, что теперь в их руках оказались вполне надежные доказательства его рождения.

Эти эксперименты могут дать и вполне практические плоды. Кассиди и Миллз подсчитали, что в их эксперименте плотность атомов позитрония составила 10 15 на см 3 . Расчеты показывают, что при повышении этой плотности на три порядка эти атомы при температуре 15 кельвинов сольются в единую квантовую систему — бозе-эйнштейновский конденсат. При последующем увеличении плотности еще в тысячу раз в нём можно будет запустить каскадную реакцию аннигиляции позитрония, которая приведет к рождению когерентных гамма-квантов. В итоге может быть создан излучатель, который пока что существует лишь на страницах фантастических романов, — гамма-лазер.

α-частица

Если позитрон, протон, нейтрон и α-частица имеют одинаковую длину волны де Бройля, то наибольшей скоростью обладает...

позитрон

Если позитрон, протон, нейтрон и α-частица имеют одинаковую скорость, то наименьшей длиной волны де Бройля обладает...

α-частица

Если позитрон, протон, нейтрон и α-частица имеют одинаковую скорость, то наибольшей длиной волны де Бройля обладает...

позитрон

В опыте Дэвиссона и Джермера исследовалась дифракция прошедших ускоряющее напряжение электронов на монокристалле никеля. Если ускоряющее напряжение уменьшить в 2 раза, то длина волны де Бройля электрона...

увеличится в раза

В опыте Дэвиссона и Джермера исследовалась дифракция прошедших ускоряющее напряжение электронов на монокристалле никеля. Если ускоряющее напряжение увеличить в 2 раза, то длина волны де Бройля электрона...

уменьшится в 2 раза

В опыте Дэвиссона и Джермера исследовалась дифракция прошедших ускоряющее напряжение электронов на монокристалле никеля. Если ускоряющее напряжение уменьшить в 4 раза, то длина волны де Бройля электрона...

увеличится в 2 раза

В опыте Дэвиссона и Джермера исследовалась дифракция прошедших ускоряющее напряжение электронов на монокристалле никеля. Если ускоряющее напряжение увеличить в 4 раза, то длина волны де Бройля электрона...

уменьшится в 2 раза

Электрон локализован в пространстве в пределах Δx = 1.0 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса электрона 9.1⋅10-31 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

Электрон локализован в пространстве в пределах Δx = 2.0 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса электрона 9.1⋅10-31 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

Электрон локализован в пространстве в пределах Δx = 0.5 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса электрона 9.1⋅10-31 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

Электрон локализован в пространстве в пределах Δx = 0.2 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса электрона 9.1⋅10-31 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

Электрон локализован в пространстве в пределах Δx = 0.1 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса электрона 9.1⋅10-31 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

1.15⋅103 м/с

Протон локализован в пространстве в пределах Δx = 1.0 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса протона 1.67⋅10-27 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

6.3⋅10-2 м/с

Протон локализован в пространстве в пределах Δx = 0.1 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса протона 1.67⋅10-27 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

Протон локализован в пространстве в пределах Δx = 0.5 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса протона 1.67⋅10-27 кг, неопределённость скорости Δvx составляет не менее...

Положение атома углерода в кристаллической решётке алмаза определено с погрешностью Δx = 0.05 нм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса атома углерода 2⋅10-26 кг, неопределённость скорости Δvx его теплового движения составляет не менее...

Положение атома углерода в кристаллической решётке алмаза определено с погрешностью Δx = 0.10 нм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса атома углерода 2⋅10-26 кг, неопределённость скорости Δvx его теплового движения составляет не менее...

Положение атома углерода в кристаллической решётке алмаза определено с погрешностью Δx = 0.02 нм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, а масса атома углерода 2⋅10-26 кг, неопределённость скорости Δvx его теплового движения составляет не менее...

Положение пылинки массой 10-9 кг можно установить с неопределённостью Δx = 0.1 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, неопределённость скорости Δvx будет не менее...

1.05⋅10-18 м/с

Положение пылинки массой 10-9 кг можно установить с неопределённостью Δx = 0.2 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, неопределённость скорости Δvx будет не менее...

5.3⋅10-19 м/с

Положение пылинки массой 10-9 кг можно установить с неопределённостью Δx = 0.5 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, неопределённость скорости Δvx будет не менее...

2.1⋅10-19 м/с

Положение пылинки массой 10-9 кг можно установить с неопределённостью Δx = 1.0 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, неопределённость скорости Δvx будет не менее...

1.05⋅10-19 м/с

Положение пылинки массой 10-9 кг можно установить с неопределённостью Δx = 2.0 мкм. Учитывая, что постоянная Планка = 1.05⋅10-34 Дж⋅с, неопределённость скорости Δvx будет не менее...

5.3⋅10-20 м/с

Время жизни атома в возбуждённом состоянии 10 нс. Учитывая, что постоянная Планка = 6.6⋅10-16 эВ⋅с, ширина энергетического уровня составляет не менее...

Время жизни атома в возбуждённом состоянии 5 нс. Учитывая, что постоянная Планка = 6.6⋅10-16 эВ⋅с, ширина энергетического уровня составляет не менее...

Время жизни атома в возбуждённом состоянии 20 нс. Учитывая, что постоянная Планка = 6.6⋅10-16 эВ⋅с, ширина энергетического уровня составляет не менее...

Высокая монохроматичность лазерного излучения обусловлена относительно большим временем жизни электронов в метастабильном состоянии порядка 1 мс. Учитывая, что постоянная Планка = 6.6⋅10-16 эВ⋅с, ширина метастабильного уровня будет не менее...

6.6⋅10-13 эВ

< x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке 0 < x < l/4 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке 0 < x < l/2 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке 0 < x < 3l/4 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/4 < x < l/2 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/4 < x < 3l/4 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/4 < x < l равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/2 < x < 3l/4 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/2 < x < l равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/6 < x < l/3 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/6 < x < l/2 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/6 < x < 2l/3 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/6 < x < 5l/6 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/3 < x < l/2 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/3 < x < 2l/3 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/3 < x < 5l/6 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/2 < x < 2l/3 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/2 < x < 5l/6 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/8 < x < l/4 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/8 < x < 3l/8 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/8 < x < l/2 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/8 < x < 5l/8 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/8 < x < 3l/4 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/8 < x < 7l/8 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке l/4 < x < 7l/8 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке 3l/8 < x < 3l/4 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке 3l/8 < x < 5l/8 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке 3l/8 < x < 7l/8 равна...

На рисунке приведено распределение Ψ-функции электрона в одномерном потенциальном ящике (0 < x < l). Вероятность обнаружить электрон на участке 3l/8 < x < l равна...xxx

Скорость тела изменяется со временем по закону: v(t) = At2 + Bt + C (A = 2 м/с3, B = 2 м/с2, C = 2 м/с). Путь, пройденный телом за первые 3 секунды движения, равен...

Скорость тела изменяется со временем по закону: v(t) = At2 + Bt + C (A = 3 м/с3, B = 3 м/с2, C = 3 м/с). Путь, пройденный телом за первые 2 секунды движения, равен...

Скорость тела изменяется со временем по закону: v(t) = At2 + Bt + C (A = 6 м/с3, B = 6 м/с2, C = 6 м/с). Путь, пройденный телом за первые 2 секунды движения, равен...

Скорость тела изменяется со временем по закону: v(t) = At2 + Bt + C (A = 4 м/с3, B = 4 м/с2, C = 4 м/с). Путь, пройденный телом за первые 3 секунды движения, равен...

Скорость тела изменяется со временем по закону: v(t) = At2 + Bt + C (A = 1 м/с3, B = 2 м/с2, C = 3 м/с). Путь, пройденный телом за первые 3 секунды движения, равен...

Скорость тела изменяется со временем по закону: v(t) = At2 + Bt + C (A = 3 м/с3, B = 2 м/с2, C = 1 м/с). Путь, пройденный телом за первые 3 секунды движения, равен...

Путь, пройденный телом, зависит от времени по закону: s(t) = At3 + Bt2 + Ct (A = 2 м/с3, B = 2 м/с2, C = 2 м/с). Ускорение в момент времени t = 3 с равно...

Путь, пройденный телом, зависит от времени по закону: s(t) = At3 + Bt2 + Ct (A = 3 м/с3, B = 3 м/с2, C = 3 м/с). Ускорение в момент времени t = 2 с равно...

Путь, пройденный телом, зависит от времени по закону: s(t) = At3 + Bt2 + Ct (A = 2 м/с3, B = 2 м/с2, C = 2 м/с). Средняя скорость за первые 3 секунды движения...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловая скорость зависит от времени по закону: ω(t) = At2 + Bt + C (A = 2 рад/с3, B = 2 рад/с2, C = 2 рад/с). Тангенциальное ускорение в момент времени t = 3 с равно...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловая скорость зависит от времени по закону: ω(t) = At2 + Bt + C (A = 3 рад/с3, B = 3 рад/с2, C = 3 рад/с). Тангенциальное ускорение в момент времени t = 2 с равно...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловая скорость зависит от времени по закону: ω(t) = At2 + Bt + C (A = 6 рад/с3, B = 6 рад/с2, C = 6 рад/с). Тангенциальное ускорение в момент времени t = 2 с равно...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловая скорость зависит от времени по закону: ω(t) = At2 + Bt + C (A = 4 рад/с3, B = 4 рад/с2, C = 4 рад/с). Тангенциальное ускорение в момент времени t = 3 с равно...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловая скорость зависит от времени по закону: ω(t) = At2 + Bt + C (A = 1 рад/с3, B = 2 рад/с2, C = 3 рад/с). Тангенциальное ускорение в момент времени t = 3 с равно...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловая скорость зависит от времени по закону: ω(t) = At2 + Bt + C (A = 3 рад/с3, B = 2 рад/с2, C = 1 рад/с). Тангенциальное ускорение в момент времени t = 3 с равно...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 2 рад/с3, B = 1 рад/с). Скорость тела в момент времени t = 3 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 3 рад/с3, B = 4 рад/с). Скорость тела в момент времени t = 2 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 1 рад/с3, B = 8 рад/с). Скорость тела в момент времени t = 3 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 4 рад/с3, B = 2 рад/с). Скорость тела в момент времени t = 2 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 1 рад/с3, B = 3 рад/с). Скорость тела в момент времени t = 2 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 1 рад/с3, B = 3 рад/с). Скорость тела в момент времени t = 3 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 2 рад/с3, B = 6 рад/с). Угловая скорость тела в момент времени t = 3 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 3 рад/с3, B = 4 рад/с). Угловая скорость тела в момент времени t = 2 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 6 рад/с3, B = 8 рад/с). Угловая скорость тела в момент времени t = 2 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 4 рад/с3, B = 2 рад/с). Угловая скорость тела в момент времени t = 3 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 1 рад/с3, B = 3 рад/с). Угловая скорость тела в момент времени t = 3 с равна...

Тело движется по окружности радиусом R = 2 м. Угловое положение тела зависит от времени по закону: φ(t) = At3 + Bt (A = 3 рад/с3, B = 9 рад/с). Угловая скорость тела в момент времени t = 3 с равна...

На тело массой m = 8 кг, брошенное под углом к горизонту, в верхней точке траектории действует сила сопротивления среды 140 Н. Полное ускорение в этой точке...

На тело массой m = 7 кг, брошенное под углом к горизонту, в верхней точке траектории действует сила сопротивления среды 200 Н. Полное ускорение в этой точке...

На тело массой m = 7 кг, брошенное под углом к горизонту, в верхней точке траектории действует сила сопротивления среды 270 Н. Полное ускорение в этой точке...

На тело массой m = 10 кг, брошенное под углом к горизонту, в верхней точке траектории действует сила сопротивления среды 490 Н. Полное ускорение в этой точке...

На тело массой m = 12 кг, брошенное под углом к горизонту, в верхней точке траектории действует сила сопротивления среды 710 Н. Полное ускорение в этой точке...

На тело массой m = 13 кг, брошенное под углом к горизонту, в верхней точке траектории действует сила сопротивления среды 900 Н. Полное ускорение в этой точке...

Тело массой m = 6 кг, брошенное под углом к горизонту, имеет в верхней точке траектории полное ускорение а = 13 м/с2. Сила сопротивления среды в этой точке...

Тело массой m = 12 кг, брошенное под углом к горизонту, имеет в верхней точке траектории полное ускорение а = 13 м/с2. Сила сопротивления среды в этой точке...

Карусель из состояния покоя ускоряется за 30 с до угловой скорости 2 рад/с. Предполагается, что карусель представляет собой однородный диск радиусом 50 см и массой 240 кг. Необходимый момент сил для этого равен...

Карусель из состояния покоя ускоряется за 25 с до угловой скорости 2 рад/с. Предполагается, что карусель представляет собой однородный диск радиусом 50 см и массой 300 кг. Необходимый момент сил для этого равен...

Карусель из состояния покоя ускоряется за 21 с до угловой скорости 3 рад/с. Предполагается, что карусель представляет собой однородный диск радиусом 50 см и массой 224 кг. Необходимый момент сил для этого равен...

Карусель из состояния покоя ускоряется за 35 с до угловой скорости 4 рад/с. Предполагается, что карусель представляет собой однородный диск радиусом 50 см и массой 350 кг. Необходимый момент сил для этого равен...

Позитроний

Позитроний − это связанная квантовомеханическая система, состоящая из электрона и позитрона. Позитроний обозначается химическим символом Ps. Возможность образования позитрония обсуждалась ещё в середине 40-х годов. Сечение образования позитрония в e + e - -столкновениях при относительно малой скорости v, рассчитанное Д. Иваненко и А. Соколовым (ДАН СССР 58, 1320 (1947)),

α = 1/137 − постоянная тонкой структуры, r 0 = e 2 /m e c 2 − классический радиус электрона. Отношение сечений образования позитрония σ Ps и аннигиляции σ a

При v ≈ α·c, что соответствует относительной кинетической энергии сталкивающихся частиц 13.5 эВ, сечение образования позитрония в 50 раз больше, чем сечение аннигиляции. Поэтому в большинстве случаев перед аннигиляцией будет образовываться связанное состояние − позитроний.
Теоретически показано, что должно существовать два типа атомов позитрония, различающихся временем жизни.
Атом позитрония был впервые синтезирован М. Дейчем в 1951 г.
Атом позитрония состоит из частицы обыкновенной материи – электрона – и частицы антиматерии – позитрона.
Характеристики различных состояний позитроний можно получить из характеристик атома водорода, исходя из того, что протон заменяется позитроном, что приводит к уменьшению приведенной массы электрона μ в позитронии в два раза по сравнению с приведенной массой электрона в атоме водорода m e

Энергии состояний с главным квантовым числом n в атоме позитрония определяются соотношением

Ry = 13.602 эВ − постоянная Ридберга.
Соответственно, энергии переходов в позитронии примерно в два раза меньше, чем энергии соответствующих переходов в атоме водорода, а длины излучаемых волн λ в два раза больше.
Радиус боровской орбиты атома позитрония R(Ps) в два раза больше радиуса боровской орбиты атома водорода R(H)

Потенциал ионизации позитрония 6.77 эВ, что вдвое меньше потенциала ионизации атома водорода. Так как спины электрона и позитрона равны s = 1/2, в основном связанном состоянии возможны два значения спина позитрония S(Ps).

S(Ps) = 0. Спины электрона и позитрона направлены в противоположные стороны – суммарный спин S(Ps) = 0. Это состояние называется парапозитронием.
S(Ps) = 1. Спины электроны и позитрона направлены в одну сторону – суммарный спин
S(Ps)= 1. Это состояние называется ортопозитронием.

Из-за различия в значениях спинов в основном состоянии энергия ортопозитрония 3S 1 на
8.4·10 -4 эВ больше, чем энергия основного состояния 1S 0 .
При взаимодействии неполяризованных электрона и позитрона вероятность образования состояния со спином S(Ps) = 1 в три раза больше, чем вероятность образования состояния со спином S(Ps) = 0, что объясняется бóльшим статистическим весом g = 2S + 1 состояния S = 1 по сравнению с состоянием S = 0.
Время жизни позитрония зависит от взаимной ориентации спинов электрона и позитрона. Среднее время жизни покоящегося парапозитрония в вакууме относительно аннигиляции 125 пс, ортопозитрония − 143 нс. Такое большое различие времени жизни обусловлено тем, что в результате аннигиляции парапозитроний может распадаться на два γ‑кванта, в то время как ортопозитроний распадается на три γ‑кванта (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Диаграммы распада парапозитрония S(Ps) = 0 и ортопозитрония S(Ps) = 1.

Возможна также аннигиляция парапозитрония на большее четное число фотонов, а ортопозитрония на большее нечетное число фотонов.
Спонтанный переход позитрония из ортосостояния в парасостояние запрещен, несмотря на маленькую (8.4·10 -4 эВ) разность энергий этих состояний. Однако этот переход можно индуцировать при столкновении позитрония с молекулами газа, имеющего один неспаренный электрон. При этом может происходить резонансный обмен электронами между позитронием и молекулой газа.

Молекула позитрония

В 1976 г. Д. Уиллер показал, что позитроний может образовывать двух- и трехатомные молекулы аналогичные молекуле водорода. Изучение свойств позитрония стало возможным благодаря созданию интенсивных источников позитронов.
Первые источники позитронов имели интенсивность порядка десятков позитронов в секунду. Более интенсивные источники позитронов были получены в результате β + -распада радиоактивных изотопов, образующихся при облучении в ядерных реакторах или на ускорителях протонов и дейтронов. В результате удалось увеличить интенсивность позитронных пучков до 10 7 позитрон/с. Следующий этап повышения интенсивности позитронных пучков состоял в создании накопителей позитронов. В качестве исходного источника позитронов использовался изотоп 22 Na.
Наиболее интенсивные пучки позитронов можно получать при взаимодействии интенсивного лазерного излучения с веществом. Взаимодействие короткого интенсивного лазерного пучка с материалом мишени приводит к образованию электронов, которые ускоряясь в интенсивном лазерном поле порождают тормозное γ‑излучение с последующим образованием электронов и позитронов. Образовавшиеся электроны и позитроны затем можно достаточно просто разделить с помощью электромагнитных сепараторов.
Атом позитрония имеет некоторую аналогию с атомом водорода.

В позитронии так же как в атоме водорода параллельные и антипараллельные ориентации спинов позитрона и электрона приводят к двум состояниям: парапозитрон − состояние с суммарным спином электрона и позитрона S = 0 и ортопозитроний − состояние с суммарным спином электрона и позитрона S = 1.
В случае водорода можно создать отрицательный ион водорода из одного протона и двух электронов. Так же и в случае позитрония можно создать отрицательный ион позитрония, состоящий из одного позитрона и двух электронов.
Атомы водорода объединяются в двухатомные молекулы 1 H + 1 H → 2 1 H. Поэтому представляло интерес получить молекулу двухатомного позитрония. Молекулы позитрония впервые были получены в 2007 г. .
Предварительные расчеты показывали, что энергия связи такой молекулы составляет ≈ 0.4 эВ. Поэтому для того, чтобы в результате столкновения двух атомов позитрония могла образоваться молекула позитрония, необходимо третье тело, которое забрало бы излишек энергии и тем самым стабилизировало образовавшуюся молекулу позитрония – предотвратило её быстрый развал. В качестве такого третьего тела была выбрана специально обработанная пористая поверхность кварца (размер пор ≈ 40 Å). Было показано, что атомы позитрония эффективно образуются в микропористой поверхности при облучении её интенсивным пучком позитронов. В специально разработанном накопителе позитронов аккумулировалось около 20 миллионов позитронов, которые затем в течение одной наносекунды выстреливались в кварцевую пластинку . В микропорах происходило образование атомов позитрония. Атомы позитрония образовывались как в долгоживущем состоянии ортопозитрония o-Ps, так и в короткоживущем состоянии парапозитрония p-Ps. При плотности пучка позитронов ~10 9 см –2 в пористых ячейках происходят два процесса.
Обмен спинами между взаимодействующими состояниями ортопозитрония и парапозитрония
o-Ps + oPs ↔ pPs + pPs + 2E 1 ,
где E 1 − разность энергий состояний 3S 1 .
Образование из двух o-Ps-состояний молекулы парапозитрония Ps 2
X + o-Ps + oPs ↔ X + Ps 2 + E 2 ,
где X представляет среду, в которой происходит образование молекулы позитрония, E 2 = 0.4 эВ энергия, которая выделяется при образовании молекулы позитрония Ps 2 (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Взаимодействие атомов позитрония в вакууме препятствует образованию молекулы позитрония. Взаимодействие атомов позитрония на поверхности пористого кремния способствует образованию молекулы позитрония.

Большинство позитронов, имплантированных в кварцевую подложку, сразу же аннигилировало с электронами подложки без образования позитрония. Однако временная диаграмма аннигиляции позволяла наблюдать аннигиляцию образующихся атомов в состоянии S = 1 в течение 150 нс после момента имплантации позитронов в кварцевую подложку. Захваченные пористой поверхностью позитроны взаимодействуют со свободными электронами кремния, в результате чего образуются атомы позитрония. Аннигиляция позитронов регистрировалась черенковским счетчиком с сцинтиллятором PbF 2 .
Доказательством образования позитрония являлась температурная зависимость интенсивности сигнала аннигиляционных γ-квантов с энергией 511 кэВ. При более низкой температуре образуется больше молекул позитрония Ps 2 , т.к. атомы позитрония имеют меньшую энергию и реже сталкиваются с поверхностью. Наблюдалось увеличение быстрой компоненты сигнала при низкой температуре, что свидетельствовало об образовании молекул Ps 2 .
Прежде чем аннигилировать атомы позитрония успевали образовывать около 100 тысяч молекул позитрония Ps 2 . После того, как образовалась молекула позитрония в состоянии ортопозитрония, позитрон может захватить электрон с противоположным спином, что приводит к более быстрой аннигиляции позитрония. Молекулы позитрония отличаются тем, что они представляют собой смесь из четырех частиц одинаковой массы и аннигилируют быстрее атомов, т.к. в молекуле позитрония позитрону легче встретиться с электроном, чем в атоме.
Пока число образующихся молекул позитрония мало. Плотность образовавшихся молекул позитрония в первых экспериментах составляла 10 15 см –3 . Однако планируется увеличить интенсивность пучка позитронов до уровня, при котором станут возможны исследования спектров молекулярного позитрония. Уже первые эксперименты с молекулярным позитронием показали, что энергия первого возбужденного состояния свободного атома позитрония и атома позитрония, находящегося в кремниевой микропоре, различаются. Это открывает принципиальную возможность измерять размеры различных дефектов поверхности. В будущих экспериментах планируется изучать свойства Бозе-конденсата из молекул позитрония, создать источник гамма-излучения – электрон-позитронный гамма-лазер.

Мюоний

Мюоний – связанная квантовая система, состоящая из положительно заряженного мюона μ + и электрона e - . Мюоний отличается от атома водорода заменой протона на положительно заряженный мюон μ + . Мюоний образуется при торможении мюонов μ + в веществе. Мюон может присоединить один из электронов электронной оболочки атома среды, образуя связанное состояние μ + e - . Время жизни мюония определяется средним временем жизни мюона τ(μ) = 2.2·10 -6 с. Уровни энергии мюонного атома E n можно рассчитать на основе нерелятивистского уравнения Шредингера

где Ry = 13.6 эВ − постоянная Ридберга, n = 1,2,3, ... − главное квантовое число.
Радиус боровской орбиты мюония R = 0.532 Å. Потенциал ионизации атома мюония E иониз = 13.54 эВ. Мюоний − это простейшая система, состоящая из лептона e - и антилептона μ + , связанная электромагнитным взаимодействием. Поэтому прецизионное измерение тонкой структуры спектра мюония является одним из точных методов проверки квантовой электродинамики. Так как электрон и мюон являются фермионами имеющими спин s = 1/2 их суммарное значение спина
= 1 + 2 может принимать значение = 0,, т.е. спины фермионов могут быть либо антипараллельны, либо параллельны. В 75% случаев атомы мюония образуются в состоянии = с параллельными спинами мюона и электрона и в 25% случаев суммарный спин мюония равен нулю. Энергии этих состояний различаются на ~2·10 -5 эВ и между ними возможны квантовые переходы с испусканием фотонов с частотой ν = 4463 МГц. Энергетическое расщепление состояний = 0, обусловлено взаимодействием между магнитными моментами электрона e - и мюона μ + . Во внешнем магнитном поле уровень = расщепляется на три состояния различающиеся значениями проекции Fz = +1,0,-1 вектора на внешнее магнитное поле.
Одним из эффективных способов образования мюона μ + является образование μ + в результате распада положительно заряженных пионов

Разделы