Детекция треков и «элементарные» частицы.

Снимок с пузырьковой камеры Глейзера.

Есть очень хорошая карикатура….

Вот бы глянуть на трек одного электрона да еще из электронной пушки. 20-40 Кэв достаточно будет.

Ан нет, есть только рождение электрона и позитрона. Либо лавина частиц, либо круглые спиральки.

Вопрос не только к теории, вопрос и к практике. Различие в форме траекторий позитрона и электрона это что божий умысел или результат тщательно спланированного эксперимента? Главное в камере Вильсона схема полета та же самая. Наличие заметной асимметрии явно на лицо. Следует из этого, что скорость или масса различна – следует… так какого же рожна масса позитрона равна массе электрона?

Почему треки позитрона и электрона разные это на совести объясняльщиков. Ну, ИМЕЮТСЯ на первой фотографии и на рисунке большие спиральки, отдельный вопросик, никак объясняльщиками не трактуемый, но почему-то приписываются большие спиральки в основном именно электронам да позитронам, хотя в камере Вильсона это дуги на первых общеизвестных фотографиях.

А маленькие спиральки вообще никак не объясняются, как будто и нет их.

Это одна из первых фотографий электрон- позитронной пары от гамма кванта.

Вот еще одна фотография, на ней вообще размеры спиралей 1/3:

Вот еще одна:

Невольно вспоминаются слова управдома Бунши из «Иван Васильевич меняет профессию»: - и мы еще говорим о культуре быта!

Кстати, шаг спирали и размер самого электрона несопоставимы, даже если этот снимок есть увеличение в 1000 раз.

Фотографии взяты просто из картинок ЯНДЕКСа по запросу типа «электрон позитрон». Почему спирали? Сила Лоренца.

Как устроена камера и работает, известно. На принципе как бы ионизации молекул пара на пути быстро летящей зараженной частицы, создающих центры конденсации в перенасыщенном паре, которые в свою очередь образуют треки частицы. Все это происходит в магнитном поле перпендикулярном плоскости фотографирования и потоку частиц. То есть имеем плоскую фотографию объема камеры. То, что и может отклоняться в направлении от наблюдателя, не фиксируется, а шаг витков неизвестен, даже при стереосъемке, но это к слову. Стереосъемка дает видимую объемность, но не реальную.

Рассмотрим, к примеру, полет «электрона».

Главное. Частица, например, электрон имеет элементарный заряд. В единственном числе!!!!!. И может по настоящему в классическом понимании ионизировать только одну!!!!! молекулу. Отдать часть заряда она не в состоянии, то есть и не в состоянии ионизировать множество молекул.

Но это "свободный" электрон!!!! Это " советский" Человек!!!!! Шутка. Все может.

Все это автоматом заставило отойти от нормальной классики и перейти к квантовой механике, где разрешен срыв электронов с орбит, и излучательные процессы. А значит и обмен частями тела (атома) – электронами, между двумя практически сопоставимыми или равными по размеру и массе телами (атомами). А такой обмен энергией в макромире маловероятен. Пример: бильярд, шары как то не рассыпаются .

В понятии ионизации множество «дыр»!!! Из которых приходится выворачиваться и латать их самыми экстравагантными методами. Эти «дыры» привнесены от теории статического электричества и первичного понятия заряда.

Отсюда и «дырки» в полупроводниках, без массы.

Каких только ионизаций не придумали.

Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.

Положительно заряженный ион образуется, если электрон в атоме или молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера, равную ионизационному потенциалу.

Отрицательно заряженный ион, наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии.

Принято различать ионизацию двух типов — последовательную (классическую) и квантовую, не подчиняющуюся некоторым законам классической физики.

Все это можно прочесть в любом учебнике. Приведенное определение взято из Википедии.

Но из другого источника еще определение: образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул. (БСЭ).

По Википедии имеет место метод ионизации. Ударной.

Почему метод? Да потому что придуман!!!!

«Ударная ионизация. Если какая-либо частица с массой m (электрон, ион или нейтральная молекула), летящая со скоростью V, столкнется с нейтральным атомом или молекулой, то кинетическая энергия летящей частицы может быть затрачена на совершение акта ионизации, если эта кинетическая энергия не меньше энергии ионизации.»

Из БСЭ:

«Если энергия И. W сообщается ионизуемой частице другой частицей (электроном, атомом или ионом) при их столкновении, то И. называется ударной. Вероятность ударной И. (характеризуемая эффективным поперечным сечением И.) зависит от рода ионизуемых и бомбардирующих частиц и от кинетической энергии последних E_к: до некоторого минимального (порогового) значения E_к эта вероятность равна нулю, при увеличении E_к выше порога она вначале быстро возрастает, достигает максимума, а затем убывает. Если энергии, передаваемые ионизуемым частицам в столкновениях, достаточно велики, возможно образование из них, наряду с однозарядными, и многозарядных ионов (многократная И.)»

Подробнее в:

http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/056/332.htm

то есть получается одним ударом электрона можно просто из атома вышибить электрон да еще не один.

Разберемся с классикой квантовой механики и этой самой ударной ионизацией.

И тут имеем два случая. Первый это срыв электрона с орбиты атома вообще и превращение его в «свободный», второй это переход электрона на более высокую орбиту с последующим излучение фотона и возвратом в невозбужденное состояние.

Прямо и конкретно об этой двуликой ионизации не заявляется, но имеется еще и «сугубо» квантовая ионизация-фотоэффект.

Сразу вопрос, электрон с сталкиваясь с молекулой заряда не отдает, но отдает импульс либо полностью, либо частично. -----А почему собственно не отдает заряд?---------

Да потому, что в принципе не может, поскольку тогда он должен быть включен в состав атома или молекулы и сделать из нее отрицательный ион и полететь сам дальше не может потому как заряд и кинетическая энергия электрона при захвате это единое целое.!!!!!!!! И все уже теперь принадлежит атому или молекуле.

Трека той первичной частицы не получится.

Вопрос долго ли существует отрицательный ион. И от чего зависит его время жизни.

Ответа не будет. Будет рассуждение на тему. При наличии электрического поля время жизни иона может продолжаться до бесконечности. Пример: движение ионов в электролите к положительному электроду(вопрос расстояния). Пример без поля: просто диссоциация молекул и поляризация жидкости или газа. А в нашем случае это движение иона под действием сильного магнитного поля. Но при анализе фотоснимков с камеры Вильсона никто не рассматривает это движение в настоящее время потому как малозначительное. Особых причин для сброса ионизированного состояния нет. Но даже если и происходит сброс ионизированного состояния это уже будет не исходный, а вторичный электрон с непредсказуемой траекторией..

Может получится и другое, кинетическая энергия от соударения электронов превращается в тепло и тогда переходим ко второму действию. К излучению или срыву электронов с орбит.

Если происходит захват электрона, то на этом стоп и представленного на обозрение трека не получится.

Если энергия отдается не полностью.

Она частично отдается электрону атома(молекулы).

Почему ядро в этом не участвует. У нас облако электронов существует и не пускает. Но это для многоэлектронных атомов. А для более простых?

Не рассматривается.

Придумали способ срыва электрона с орбиты атома. Но тут еще проблемы. Электрон то изначально крутится, как вокруг оси, так и вокруг ядра. И куда полетит после не механического, а Кулоновского (в любом случае упругом!!!!!) столкновения с таким же электроном, да тоже вращающимся, вещь совершенно непредсказуемая.

Куда полетит второй тоже.

При большой энергии налетающего электрона таких столкновений масса.

И прямое столкновение не вызывающего излучения кванта-фотона, как то странно выглядит.

Получим не трек, а облако. Пузырь.

Приходится разбивать схему на возбуждение атома, излучение фотона и этим фотоном уже срывать электрон с другого атома. Фотоэффект.

Вместо одного получаем два «свободных» электрона. И летают они в любых направлениях как шары на биллиардном столе после разбивки пирамиды.

Почему? Да потому что если фотон излучается электроном сразу во все стороны это самое логичное предположение. Как лампочка включил-выключил. Если в одну конкретную, то почему именно в ту же сторону что и электрон. Получается типа прожектор.

А По теории вероятностей направление мигания такого прожектора равновероятно на полном телесном угле, поскольку точной координаты электрона мы не знаем. Он вокруг ядра вращается, да еще сам крутится.

Но посмотрим на одну подобную схему:

Схема ионизации возбужденной молекулы:
а — электрон в результате соударения возбуждает молекулу: б — при возвращении электрона на устойчивую орбиту излучается фотон, ионизирующий другую возбужденную молекулу.

Заметим, уже возбужденную, чем???? Но тогда невозбужденную. И обязательно вызвать срыв свободного электрона, а не повторное возбуждение с последующим излучением..

Опять все не так.

Электрон возбудил и улетел, он очень еще быстр, куда? Да точно вперед или немного отклоненный магнитным полем, но вперед, а не вбок. Ему траекторию рисовать надо. Трек. Несколько фантастично!!!

Молекула возбудилась, электрон светанул прожектором, квант-фотон пульнул, обязательно на молекулу рядом по ходу трека. Вопрос какой? Возможно инфракрасный. Что не факт.

Дальше другая молекула поймала электроном фотон и сорвался бедняга электрон с орбиты не излучая. Фотоэффект. Куда электрон летит – быстренько заворачивается силой Лоренца независимо от места срыва. А оно и на противоположной стороне может оказаться и полететь обратно. А поля электрического нет.

Опять Получим не трек а облако. Пузырь.

Если электрон сталкивается и отдает энергию своего движения полностью или частично, значит заставляет молекулу двигаться в любом случае. Идеально упругих или неупругих столкновений не бывает. Бывают только в большей или меньшей мере упругие или разрушение снаряда или мишени. А то и того и другого. Электрон разрушить невозможно,

пока (шутка).

Мы выяснили, что просто соударением и соударением с последующим излучением, уже невозможно отследить траекторию первичного электрона.

Остается еще один вариант: электрон летит, чуть задевает по дороге электроны атомов, возбуждает, а не ионизирует атомы с последующим излучением электроном, перешедшим на другой энергетический уровень фотона без срыва вторичных электронов. Это уже более подходящее решение проблемы с образованием трека. Но, тогда это излучение должно быть строго инфракрасным, видимое недопустимо, появится свечение, но это не будет фотоэффектом и не будет люминесценцией. А его то как раз и не обнаруживается. И такое столкновение должно быть боле или менее дозированным.

То есть по аналогии получаем: бежит быстро не в очень плотной толпе человек, хлопает того, мимо кого близко пробегает по плечу и бежит, пока совсем не устанет. Все хлопнутые громко возмущаются!!!! Умный такой, плечом не заденет, а уворачивается и хлопает строго дозировано, чтоб не догнали и не дали сдачи…..

Реально такое?

Пусть реально!

Только нагревом и можно объяснить появление пузырька.

Остается выяснить, какова длина такого псевдосвободного пробега электрона. Да она приблизительно равна расстоянию между пузырьками центрами ионизации..

Все бы хорошо: вроде доказали что электрон может создать трек не вышибая других электронов.

Да вот какова вероятность такого сравнительно длинного, практически не отклоняемого полета электрона даже между двумя столкновениями, двумя центрами ионизации. И опять упираемся в невероятное касательное соударение практически рождающего фотоны только одного диапазона – инфракрасного.

И тут нам может понадобится сечение.

Вот одно из них приведенное в http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/056/332.htm

как раз для ионизации. Вопрос какой. Излучательной или это срыв электрона.

Ионизация атомов и молекул водорода электронным ударом: 1 — атомы H; 2 — молекулы H₂ (экспериментальные кривые).

Как рассчитывается понятно, классически для множества электронов. Но у нас то один, и рассеивается один.

Приведем еще один график.

Это энергия первого ионизационного потенциала. У водорода это 13,5 эв.

Сравним с сечением. Получим самое начало кривой.

А еще оказывается, что между излучением электроном фотона и срывом электрона вообще из атома особой то и разницы нет.

Нет четкого разделения по уровням энергии.

Очень удобная позиция у квантовой механики, где хочется, ту схему и используем.

Из http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/crossection/index.html

«Происхождение словосочетания “поперечное эффективное сечение” можно пояснить следующим примером. При механическом соударении двух шаров, из которых один покоится внутри единичного кубического объема, а о другом известно лишь то, что он падает нормально на грань этого кубика и имеет размеры незначительные по сравнению с размерами покоящегося шара, вероятность соударения шаров численно равна площади поперечного сечения s покоящегося шара, т.е. σ = s.»

Получим от радиуса 3-х атомной молекулы воды

R»10^-10м. s=pR²

σ=3.14 10^{-20 м2 = 3.14 10-22} см2

что совершенно отличается от приведенного выше сечения на 5!!!! Порядков.

А если еще учесть что это довольно грубое допущение, сталкиваются электроны с предположительными радиусами даже меньшими 10^{-17 метров, (http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/a35.htm) то сечение вообще запредельное 10-36 см2.}

А если учесть что в ядерной физике все в милибарнах и барнах 1 мбарн = 10^-27 см².

Не меньше…..!!!!!

то девять порядков разницы наводит на серьезные сомнения в правильности

Самого подхода с ионизацией электронным ударом вообще в общем виде.

В случае кулоновского рассеяния частицы с энергией E и зарядом Z₁ на тяжелом точечном рассеивающем центре с зарядом Z₂ дифференциальное сечение рассеяния имеет вид

Но его использовать нельзя, поскольку молекулы нейтральны. И заряд равен нулю.

Получим ноль!!!!

Да и точной величины энергии, необходимой для испускания фотона конкретного инфракрасного диапазона частот мы тоже не знаем. Знаем первый ионизационный потенциал для конкретных атомов из таблицы Менделеева. Но это для случая с ионизацией Эл. Полем.

Получается, что и такой механизм никуда не годится.

Так что же мы имеем в результате.

1. ничтожно малую вероятность столкновения одиночного электрона с электроном.

2. даже в случае возможной ошибки в расчете, но по простым логическим соображениям касательное столкновение электронов с обязательным продолжением движения исходного электрона (не в вакууме, а в достаточно плотной среде) по траектории с малой кривизной более чем сомнительно.

Туннель какой-то явно фантастический.

3. при более или менее прямых столкновениях с вышибанием вторичных электронов входим в явное противоречие с заявлением о треке единственной частицы.

4. имеем всем давно известный факт. Из тысяч фотографий предъявляются только подходящие под конкретное заявление.

все это относится и к другим заряженным частицам.

Вывод.

Это не след одной частицы в камере детектора, а множество центров вскипания образованных множеством частиц. потоком. Тогда вероятности столкновений сильно возрастут.

Вопрос электронов ли с электронами? Но об этом уже говорилось в статье электрон

http://fatyf.aiq.ru/ELECTRON.htm  где вообще подвергается сомнению их существование.

Что можно противопоставить этому, только поток электромагнитного излучения в виде света.

Фатьянов А.В. Спб. 1.7.2010 Fatyalink@mail.ru

Óматериал защищен, и копирование без ссылок на автора, а так же использование без ссылок материалов данной статьи будет преследоваться по закону.

В начало на лист изменений