См. Предыдущие заметки: «Sur la nature du photon. To the nature of photon. О природе фотона.» 17 X 2017, «Снова о природе фотона» 30 IV 2020, «Стационарные орбиты позитрония» 10 X 2021
В указанных заметках я обсуждал идею Луи де Бройля о «составном фотоне», впервые высказанной им в 1934 году и вернувшегося к этой идее в пятидесятых годах прошлого века.
Когда я впервые узнал об этой идее де Бройля, она меня и привлекла и оттолкнула одновременно. Привлекла оригинальность и смелость, оттолкнула – её полное несоответствие реальности. Хотя бы потому, что эта идея предполагала некую связь частиц, обладающих очень маленькой массой покоя, А это уже противоречит выводам Специальной Теории Относительности (СТО).
Но, поскольку всё же и привлекла, то забавы ради я стал придумывать, как обойти эту ФУНДАМЕНТАЛЬНУЮ трудность? Придумал:
Если создать пару связанных частиц, из которых одна будет АНТИчастицей другой, то их суммарная масса покоя всегда будет равна нулю и поэтому, такая пара связанных частиц, НЕЗАВИСИМО от величины их масс покоя, сможет двигаться со скоростью света, не нарушая принципа СТО.
И такая пара вполне реальна! Называется Позитронием, некий псевдоатом, в котором электрон и его античастица == позитрон вращаются вокруг общего центра масс. Но существует такая пара миллионные-миллиардные доли секунды! А фотон – частица, можно сказать, вечная.
Опять фундаментальная проблема!
Ухитрился обойти и её, придумав с подсказки Нильса Бора стационарные орбиты для для обеих частиц, то есть специальные орбиты, двигаясь по которым эти заряженные частицы НИЧЕГО НЕ ИЗЛУЧАЮТ. А значит энергии движения не теряют и могут так вертеться сколь угодно долго!
Разумеется, поскольку фотоны могут иметь различную частоту «Ню», а, следовательно, и энергию, то орбиты эти разные и скорости вращения электрона и позитрона разные. Чем меньше энергии в фотоне, тем медленней вращаются частицы в нём, тем ниже частота колебаний в нём и тем больше диаметр орбиты. Чем больше энергии, тем выше частота «Ню», тем быстрей они движутся по орбите и тем меньше её размер.
Но проблемы с составным фотоном де Бройля, пусть даже с внесением моих добавлений, от этого не исчезли, а наоборот-- появились новые.
Скажу сначала, Что разожгло мой аппетит к идее де Бройля плюс мои умозртельные ухищрения спасти её.
Первая и главная – это «фоторождение пар». Если энергичный гамма-квант (гамма-фотон) пролетает около ядря, то, при условии, что его энергия не меньше 1.02 Мэв (мегаэлектронвольт) он «исчезает» и вместо него появляется пара – электрон и позитрон, с довольно большими скоростями разлетающиеся в разные стороны. Это и есть «фоторождение пар». Мол, получилось именно то, что и может случиться с СОСТАВНЫМ ФОТОНОМ: В крайне неоднородном и мощном электрическом поле ядра он распадается на составные части! Уря!
Увы! Рано кричать «уря!»
Против этого сразу бьёт в башку такая ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ неприятность:
Двухфотонная (обычная) аннигиляция позитрона и электрона. А иногда и трёхфотонная!!!
Но этим неприятности не заканчиваются. Ещё одна:
Фоторождение пар, некая «красная граница» – гамма-фотоны с энергией ниже 1.02 Мэв НЕ дают фоторождения!
Если фотон – это позитроний -долгожитель, то там две частицы на стационарной орбите.
Эксперимент даёт нам такое: Если просто две,несвязанных друг с другом частицы, электрон и позитрон, сталкиваются, то происходит их АННИГИЛЯЦИЯ, и вместо двух частиц излучаются ДВА гамма-фотона с энергиями примерно 0.51 Мэв. Но если фотон – это составная частица, то откуда берутся для двух фотонов ЧЕТЫРЕ частицы, а в случае трёхфотонной аннигиляции аж ШЕСТЬ частиц!!! Ведь столкнулись исходно ТОЛЬКО ДВЕ!!!
Бывает, правда, и однофотонная аннигиляция, но это происходит лишь тогда, когда позитрон сталкивается с электроном, СВЯЗАННЫМ в атоме!
Как решить эту проблему двух и трёхфотонной аннигиляции?
Вспомним обратный аннигиляции процесс: Фоторождение пар. Что происходит, если гамма-квант с достаточно большой эенргией, заметно ПРЕВОСХОДЯЩЕЙ указанный требуемый минимум распадается у ядра на пару? Оказывается, часть его избыточной энергии переходит в кинетическую энергию образовавшихся электрона и позитрона, а иногда ещё и излучается дополнительный квант, забирающий оставшуюся часть энергии! И это не просто «кинетическая энергия», огромная добавка к скорости частиц, делающая их релятивистскими, то есть движущимися с субсветовой скоростью!
Поэтому будет вполне легитимно спросить: А при аннигиляции электрона и позитрона, они ведь тоже не мирно летатли еле-еле в пространстве. А были тоже ОЧЕНЬ БЫСТРЫМИ! Так, КУДА девается КИНЕТИЧЕСКАЯ взаимная энергия позитрона и электрона??? Ответ: Она-то и создаёт второй квант или ЦУГ гамма излучения. Возможно и в рассеянии Комптона излучается НЕ ФОТОН с меньшей, чем у фотона-активатора энергией, а именно ЦУГ минус-тормозного (ускоренного) излучения!
Возможно также, что два или три фотона аннигиляции не есть обычные «самостоятельные фотоны», а некие СВЯЗАННЫЕ ПАРЫ ИЛИ ТРОИЦЫ фотонов, отдельно друг от друга несуществующие! Типа Куперовских электронов при сверхпроводимости или пар атомов гелия два при сверхтекучести. И, возможно, в лазерах тоже индуцированные фотоны излучаются атомами не отдельно, от индуцирующих, а в виде ПАР ФОТОНОВ – Индуцируюший и Индуцированный,
Итак, ответ на первую неприятность:
Аннигилируют не просто еле ползающие электрон и позитрон, а две достаточно КИНЕТИЧЕСКИ энергичные частицы. И, поскольку фотоны быстрей их «естественной» скорости света двигаться не могут, то и кинетическая энергия частиц тоже «вливается» в процесс аннигиляции излучением ВТОРОГО ФОТОНА! И ДАЖЕ ТРЕТЬЕГО! Ведь они не просто аннигилируют, то есть их масса покоя (удвоенная масса электрона) переходит в энергию фотонов, но и их кинетическая энергия тоже излучается, ибо налицо РЕЗКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ ДВУХ СТОЛКНУВШИХСЯ ДРУГ С ДРУГОМ ЧАСТИЦ. Вновь, возможно при этом торможении излучается даже НЕ фотон, а короткий цуг волн тормозного излучения.
Вторая неприятность: Если фотон – составная «гантелька» из вращающихся по СТАЦИОНАРНОЙ ОРБИТЕ вокруг общего центра масс позитрона и электрона, то, очевидно, их угловая частота и есть «НЮ» -- частота фотона. Понятно также, что чем ниже частота фотона, тем больше радиус стационарной орбиты. А значит и более медленное вращение по орбите и это обусловлено более СЛАБЫМ притяжением позитрона и электрона друг к другу.
Так, ПОЧЕМУ мощное и очень неоднородное поле ядра НЕ РАСЩЕПЛЯЕТ слабо связанных частиц этой пары, а как раз это происходит у очень сильно связанных и близко друг от друга вращающихся частиц это разрушение фотона???!!!
Возможный ответ: Малоэнергичный фотон имеет БОЛЬШОЙ РАДИУС орбиты вращения и такая пара просто «НЕ ЗАМЕЧАЕТ» сильно локализованного в очень малой области пространства электрического поля ядра! Например, обычный, видимый нам свет, это фотоны с длиной волны от почти 8000 Ангстрем (Ангстрем-- одна стомиллионная сантиметра) и до 3800 Ангстрем. Размер атома примерно ОДИН АНГСТРЕМ! В тысячи раз меньше!
Размер ядра в десять тысяч раз меньше атома, то есть одна десятитысячная Ангстрема. Так что для малоэнергичных фотонов ядра просто не существует, они слишком большие по размеру чтобы как-то провзаимодействовть с такой мелкотой и её полем. А гамма фотоны на много порядков короче видимого света и они-то как раз могут «заметить» ядро и распасться в его сильном поле!
Для фоторождения необходимы условия: Фотон (составной) должен пролететь ОЧЕНЬ БЛИЗКО к ядру и ИМЕТЬ такой маленький размер орбиты позитрония, чтобы резко неоднородное поле ядра могло электрически сильно повлиять на вращающиеся с большой частотой частицы и обе частицы должны «успеть» побыть достаточное время в ничтожнейшем пространстве, занятой мощным полем ядра. А скорость фотона – это скорость света! А у малоэнергичных фотонов скорость та же и орбита «огромна» по сравнению не то что с ядром, ни и с атомом! Они, как длинные волны, просто огибают атомы, даже не проникая в их глубины!
Возможно, эти соображения как-то спасли идею де Бройля. Подождём, когда грянут ещё и другие неприятные вопросы к составному фотону.
Faciant meliora potentes.
15 XII 2023