2017年6月10日 星期六

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~04粒子衰變與滅絕2

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~粒子衰變與滅絕2
如果他能發生,他就會發生

次原子粒子的行為不像日常生活中的物體,我們不能很明確地說粒子一定會,只能說粒子可能會。粒子像日常生活中的物體一樣移動且有動量,但是它們也有波的性質,量子力學是關於我們的粒子理論的數學基礎,利用或然率解釋粒子的行為。
因為粒子類似波,因此就有可能知道它們的位置和動量,只要把粒子看作是點狀的球體就會比較容易理解 (就是我們從頭到尾在這個網頁所闡述的) ,因為把粒子看作是最可能發現到粒子的一團模糊區域,是比較令人迷惑的。

質子和中子在核中到處移動,在一個很小很小的偶然之下,一個包含兩個質子和兩個中子混合物(它形成α粒子),可能在同一個瞬間,竟然移出了核之外,這現象發生的機率,在大核的遠大於小核的。

接著α粒子就會沒有剩餘的強作用力將它困在核裡,就像突然釋放的彈簧,這充了電的α粒子就會飛離原子核。
“如果它能發生,它就會發生!”這個想法就是量子力學的基礎,對一些原子來說,它的核可能經歷過放射衰變的某些可能性 --在最短的瞬間 -- 存在於一個允許它散開的狀態下,你不能預測什麼時候一個特定的原子會衰變,但你可以確定在某一段時間它會衰變的機會。
半衰期

一塊鈾的核會逐漸衰變,衰變的速率是由一塊鈾原子衰變成一半所花費的時間(半衰期)測量而得的,一個鈾核的衰變是完全無法預測的,但我們能準確的預測一大堆鈾衰變的情況。
機率能夠決定物理性質是個很顛覆傳統的想法,對於這個理論,愛因斯坦表示"上帝不玩骰子!" (愛因斯坦是錯的)。
消失的質量
我們仍需解決這個問題:輻射衰變時消失的質量到哪兒去了?回想一下,我們說過當鈾衰變成釷和α粒子時,0.0046 u的質量好像不見了。
如同愛因斯坦所說的,
當鈾核經過衰變,一些質量會轉變成動能(移動中粒子的能量),消失的質量仍會遵守能量守恆。
粒子衰變的仲介者
原子核會衰變分裂成較輕的核,基本粒子是如何衰變成另一個基本粒子的呢?基本粒子不能分裂,因為它們沒有結構,但它們會變成別的粒子。
結果是當一個基本粒子衰變時,它變成較輕的粒子和載力粒子 (基本粒子衰變後總是得到一個 W 玻色子),這些載力者能隨後再度出現成別的粒子,所以衰變過程中,粒子不只是變成別種粒子,還有在粒子衰變時的仲介載力者。
在許多例子中,由於它們的質量大於反應中的有效能量,這些暫時的載力粒子似乎違背了能量守恒,然而,因為海森堡的測不準原理 ,所以這些粒子短暫地存在並沒有破壞任何規則,它們就稱為虛粒子。
魅夸克衰變成較輕的粒子(奇異夸克)和一個載力粒子(W玻色子),它隨後變成上和下夸克。
測不準原理:(1927年)

海森保( Werner Heisenberg)證明要同時確實測量一個粒子的位置和動能是不可能的,我們愈精確的決定其中一個值,另外一個值的不準度就會增加。這定理稱為海森保測不準原理 ,這是量子力學的一個結構特性。
精確關係式:
這個常數值是浦朗克常數除以二;浦朗克常數以符號 ћ(h-bar)表示,
ћ= 1.05 x 10-34焦耳 -秒 = 6.58 x 10-22百萬電子伏特 -秒
測量一個粒子的位置會影響你的動能知識(?)
The act of measuring a particle's position will affect your knowledge of its momentum, and vice-versa.
我們也可以用能量和時間的形式表達這個定理:
這式子的意思是說,如果一個粒子只存在一個非常短暫的時間,則你無法精確測量它的能量,一個生命期很短的粒子會有極大的測不準的能量,這導致它是一個虛粒子的概念。
虛粒子
粒子經由載力粒子衰變,但在某些例子中,粒子可能經由大於最初粒子質量的載力粒子而衰變,這中介的載力粒子很快地轉換成質量小的粒子,然而這些生命期短而質量大的載力粒子好像違背了能量和質量守恒--它們的質量不會從任何地方出現!
海森堡測不準原理的結果是,如果粒子生命期非常短的話,就有可能形成質量大的粒子,就某種意義來說,它們逃避了現實的警告,這樣的粒子就叫做虛粒子。 虛粒子並沒有違背能量守恒,動能加上最初衰變粒子的質量會等於最後的衰變結果,虛粒子存在很短的時間,所以不可能被觀察到。
大部份粒子的過程是由虛載體粒子(virtual-carrier particles)傳達,包括中子貝他衰變、魅粒子的產生、eta-c粒子的衰變的例子,我們會馬上更深入探索它們。
海森堡測不準原理:同上測不準原理


 

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