КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА


КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА
КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА

       
целые или дробные числа, к-рые определяют возможные значения физ. величин, характеризующих квант. системы (ат. ядро, атом, молекулу и др.), отд. элем. ч-цы, гипотетич. ч-цы кварки и глюоны.
К. ч. были впервые введены в физику для описания найденных эмпирически закономерностей ат. спектров, однако смысл К. ч. и связанной с ними дискретности нек-рых физ. величин, характеризующих поведение микрочастиц, был раскрыт лишь квант. механикой. Согласно квант. механике, возможные значения физ. величин определяются собств. значениями соответствующих операторов — непрерывными или дискретными; в последнем случае и возникают нек-рые К. ч. (В несколько ином смысле К. ч. иногда называют величины, сохраняющиеся в процессе движения, но не обязательно принадлежащие дискр. спектру возможных значений, напр. импульс или энергию свободно движущейся ч-цы.)
Набор К. ч., исчерпывающе определяющий состояние квант. системы, наз. полным. Совокупность состояний, отвечающая всем возможным значениям К. ч. из полного набора, образует полную систему состояний. Состояние эл-на в атоме определяется четырьмя К. ч. соответственно четырём степеням свободы эл-на, связанным с тремя пространств. координатами и спином. Для атома водорода и водородоподобных атомов это: главное К. ч. (n), орбитальное К. ч. (l), магнитное К. ч. (ml), магнитное спиновое, или просто спиновое, К. ч. (ms).
При учёте спин-орбитального взаимодействия (определяющего тонкую структуру уровней энергии) для хар-ки состояния эл-на вместо ml и ms применяют К. ч. полного момента количества движения (j) и К. ч. проекции полного момента (ту). Те же К. ч. приближённо описывают состояния отд. эл-нов в сложных (многоэлектронных) атомах, а также состояния отд. нуклонов в ат. ядрах (см. АТОМ, ЯДРО АТОМНОЕ).
Для хар-ки состояния атома и др. квант. систем вводят ещё одно К. ч.— чётность состояния (Р), к-рое принимает значения +1 и -1 в зависимости от того, сохраняет волн. ф-ция, определяющая состояние системы, знак при инверсии координат (r®-r) или меняет его на обратный. Для атома водорода Р=(-1)l.
Существование сохраняющихся (неизменных во времени) физ. величин тесно связано со св-вами симметрии гамильтониана данной системы. Напр., гамильтониан для ч-цы, движущейся в центрально-симметричном поле, не меняет своего вида при произвольных поворотах системы координатных осей; этой симметрии отвечает сохранение момента кол-ва движения. Более точно, в таком поле сохраняющимися величинами, к-рые могут одновременно иметь определ. значения, явл. квадрат момента кол-ва движения и одна из проекций момента, задаваемые К. ч. l и ml. Применение определ. К. ч. для описания состояний системы взаимодействующих ч-ц отражает св-ва симметрии этого вз-ствия. Если на систему, имеющую нек-рую симметрию, накладывается дополнительное вз-ствие, к-рое такой симметрией не обладает, то соответствующие К. ч. будут определ. образом изменяться в процессе эволюции системы. Так, вз-ствие атома с эл.-магн. волной приводит к изменению перечисленных выше К. ч. согласно отбора правилам.
Помимо К. ч., ассоциируемых с пространственно-временными симметриями гамильтониана, важную роль играют т. н. внутренние К. ч. элем. ч-ц, к-рые не сказываются на поведении изолированной ч-цы, однако проявляются во вз-ствиях ч-ц. Разл. типы вз-ствия характеризуются разными св-вами симметрии, вследствие чего К. ч., сохраняющиеся в одних вз-ствиях, могут изменяться в других. Строго сохраняющимися К. ч. явл. электрический заряд (Q); с хорошей степенью точности сохраняются барионный заряд (В) и лептонный заряд (L). Другие внутр. К. ч. сохраняются при одних вз-ствиях и не сохраняются при других. Наиболее важные из них: изотопический спин I, (см. ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ), к-рый сохраняется в процессах сильного вз-ствия и нарушается эл.-магн. и слабым вз-ствиями; странность (S), «очарование» (С) и «красота» (b), которые сохраняются в сильном и электромагнитном взаимодействиях, но нарушаются слабым вз-ствием. Кваркам и глюонам приписывается К. ч. «цвет», к-рое может принимать для кварков три значения, а для глюонов — восемь. Все наблюдавшиеся элем. ч-цы явл. «белыми» («бесцветными»), т. е. составленными из пар или троек кварков с суммированием по трём «цветам». Это К. ч. явл. весьма важным для понимания динамики сильного вз-ствия в рамках т. н. квантовой хромодинамики (см. также (см. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ)).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА

- целые или дробные числа, к-рые определяют возможные значения физ. величин, характеризующих квантовые системы (атом, ядро, молекулу и др.), а также отд. элементарные частицы, кварки, глюоны. К. ч. были впервые введены в физику для описания найденных эмпирически закономерностей атомных спектров, однако смысл К. ч. и связанной с ними дискретности нек-рых физ. величин, характеризующих поведение микрочастиц, был раскрыт лишь квантовой механикой. Согласно квантовой механике, возможные значения физ. величин определяются собственными значениями соответствующих операторов, действующих в пространстве состояний физ. системы. С матем. точки зрения это линейные самосопряжённые операторы в гильбертовом пространстве, собственные значения к-рых могут быть непрерывными или дискретными; в последнем случае и возникают нек-рые К. ч. В несколько более общем смысле К. ч. называют величины, сохраняющиеся в процессе движения, но не обязательно принадлежащие дискретному спектру, напр., импульс или энергию свободно движущейся частицы, массу покоя частицы. <Набор К. ч., исчерпывающе определяющий состояние квантовой системы, наз. полным. Совокупность состояний, отвечающая всем возможным значениям К. ч. из полного набора, образует полную систему состояний. Так, состояния электрона в атоме определяются четырьмя К. ч. соответственно четырём степеням свободы, связанным с тремя пространств. координатами и спином. Для атома водорода и водородоподобных атомов это: главное К. ч. (п=1, 2, . . .), орбитальное К. ч. (l=0, 1, . . ., n-1), магн. К. ч. (ml, | ml | [ l) - проекция орбитального момента на нек-рое направление и К. ч. проекции спина (ms61/2). Др. набор К. ч., более пригодный для описания атомных спектров при учёте спин-орбитального взаимодействия (определяющего тонкую структуру уровней энергии), получается при использовании вместо ml и ms К. ч. полного момента кол-ва движения (j=l61/2) и К. ч. проекции полного момента (mj, |mj| [j). Те же К. ч. используются для приближённого описания состояний отд. электронов в сложных (многоэлектронных) атомах, состояний нуклонов в ядрах и т. д. (см. Атом, Ядро атомное).Приведённые выше К. ч. связаны с пространств. симметриями квантовых систем относительно нек-рых непрерывных преобразований. Др. К. ч. отвечают дискретным симметриям, напр., чётность состояния ( Р), к-рая принимает значения +1 и -1 в зависимости от того, сохраняет волновая ф-ция знак при инверсии координат (r " -r )или меняет его на обратный. Для атома водорода Р=(-1)l.Существование сохраняющихся (неизменных во времени в среднем) физ. величин тесно связано со свойствами симметрии гамильтониана данной системы. Напр., гамильтониан частицы, движущейся вцентр.-симметричном поле, не меняет своего вида при произвольных поворотах системы координатных осей; этой симметрии отвечает сохранение момента импульса (более точно, в таком поле сохраняющимися величинами, к-рые могут одновременно иметь определ. значения, являются квадрат момента импульса и одна из проекций момента, задаваемые К. ч. l и т l).Если на систему, имеющую нек-рую симметрию, накладывается дополнит. взаимодействие, к-рое такой симметрией не обладает, то соответствующие К. ч. будут изменяться в процессе эволюции системы. Так, взаимодействие атома с эл.-магн. волной приводит к изменению перечисленных выше К. ч., согласно отбора правилам. Помимо К. ч., ассоциируемых с пространственно-временными симметриями гамильтониана, важную роль играют т. н. внутренние К. ч. элементарных частиц, к-рые не сказываются на поведении изолированной частицы, однако проявляются во взаимодействиях частиц, Разл. типы взаимодействий характеризуются разными свойствами симметрии, вследствие чего К. ч., сохраняющиеся в одних взаимодействиях, могут изменяться в других. Так, строго сохраняющимся К. ч. является электрич. заряд Q,в то время как изотопич. спин I сохраняется в процессах сильного взаимодействия и нарушается эл.-магн. и слабым взаимодействиями, а странность S не сохраняется в слабом взаимодействии. В совр. теориях сильного взаимодействия ( квантовой хромодинамике электрослабого взаимодействия считается, что внутр. симметрии являются локальными, т. <е. соответствующие преобразования могут выполняться независимо в каждой точке пространства-времени. Исходя из этого принципа, определяется и сам характер взаимодействия (вид лагранжиана системы взаимодействующих квантованных полей) (см. Калибровочные поля).Так, квантовая электродинамика основана на существовании сохраняющегося К. ч. электрич. заряда и соответствующее локальное преобразование симметрии однозначно определяет взаимодействие электронов (и др. лептонов )с фотонами. В теориях электрослабого взаимодействия вводятся также различные лептонные числа, характеризующие лептоны. Сильно взаимодействующие частицы - адроны состоят из кварков (взаимодействие к-рых описывается квантовой хромодинамикой), характеризующихся цветом и ароматом. Цвет (одно из квантовых чисел) может принимать для кварков три значения, а для глюонов - восемь. Все наблюдавшиеся до сих пор частицы бесцветны - построены из комбинаций кварков с нулевым суммарным цветом. Косвенно наблюдались кварки пяти значений квантового числа аромата ( и, d, s, с, b); существуют аргументы в пользу существования шестого кварка (t).Одним из "старейших" К. ч. элементарных частиц является барионное число, ненулевые значения к-рого приписываются адронам с полуцелым спином (барионам). В течение длит. времени считалось, что барионное число сохраняется во всех взаимодействиях и превращение барионов в лептоны невозможно. Однако в теориях т. н. великого объединения барионное число (так же как и лептонные числа) не является строго сохраняющимся К. ч., что должно, в частности, приводить к нестабильности протона (хотя и с очень малой вероятностью распада). Несохранение барионного числа может происходить также в процессе гравитационного коллапса макроскопич. тел и последующего квантового испарения образующихся при коллапсе чёрных дыр. Д. В. Гальцов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА" в других словарях:

  • КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА — целые или дробные числа, определяющие возможные дискретные значения физических величин, характеризующих квантовые системы (атомное ядро, атом, молекулу и др.) и отдельные элементарные частицы …   Большой Энциклопедический словарь

  • КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА — КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА, целые или дробные числа, определяющие возможные дискретные значения физических величин, характеризующих квантовую систему (атомное ядро, атом, молекула и др.) и отдельные элементарные частицы …   Современная энциклопедия

  • квантовые числа — Числа, через которые выражаются возможные значения наблюдаемых. Примечание. Термин квантовые числа употребляется преимущественно по отношению к дискретному спектру наблюдаемых …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • квантовые числа — Параметры (числа), определяющие квантовое состояние системы. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.] Тематики физическая оптика Обобщающие термины… …   Справочник технического переводчика

  • квантовые числа — – натуральные числа, характеризующие физические состояния квантовой системы через описание состояний электрона. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] …   Химические термины

  • Квантовые числа — КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА, целые или дробные числа, определяющие возможные дискретные значения физических величин, характеризующих квантовую систему (атомное ядро, атом, молекула и др.) и отдельные элементарные частицы.   …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА — КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА, набор из четырех цифр, используемый для классификации ЭЛЕКТРОНОВ и их атомных состояний. Главное квантовое число (обозначение ) задает уровень энергии электрона, орбитальное квантовое число (обозначение l) описывает его угловой… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • квантовые числа — целые или дробные числа, определяющие возможные дискретные значения физических величин, характеризующих квантовые системы (атомное ядро, атом, молекулу и др.) и отдельные элементарные частицы. * * * КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА, целые или… …   Энциклопедический словарь

  • Квантовые числа — Квантовое число в квантовой механике численное значение какой либо квантованной переменной микроскопического объекта (элементарной частицы, ядра, атома и т. д.), характеризующее состояние частицы. Задание квантовых чисел полностью характеризует… …   Википедия

  • Квантовые числа —         целые (0, 1, 2,...) или полуцелые (1/2, 3/2, 5/2,...) числа, определяющие возможные дискретные значения физических величин, которые характеризуют квантовые системы (атомное ядро, атом, молекулу) и отдельные элементарные частицы.… …   Большая советская энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.