Паули - Нобелевская премия в 1945 г.

Мои небольшие заметки о В. Э. Паули, который стал одним из создателей новой квантовой теории, т. н. квантовой механики.

Один из её основных постулатов - принцип запрета, который сформулировал физик - два электрона атома не могут обладать одинаковой энергией, занимать одно и то же место и иметь одинаковые квантовые числа.

Этот принцип позволил понять, как располагаются электроны внутри атомов, объяснить внутреннюю структуру и стабильность материи.

Квантовая теория поля, изучение взаимодействия излучения и вещества - увлечение всей жизни В. Э. Паули.

Кульминационной точкой его научной деятельности стало заявление о существовании нейтрино.

Его главным вкладом в науку является релятивистская теория спина. Физик-теоретик ввел четвертое квант. число - дополнительную степень свободы, т. к. электрон должен вращаться.

Спин это новое квант.свойство, необходимое для описания поведения электронов.

Это был человек с безграничной интуицией, который преодолевал свои консервативные взгляды, стремясь выстроить последовательную и рациональную теорию по отношению к неоткрытым тогда еще нейтронам.

Ученого озадачивали две проблемы: статистика некоторых ядер и спектр одного из видов распада - бета-излучения.

Для него появилась необходимость ввести новую частицу, о которой пока не было практических подтверждений опытными данными.

Итак, пик научного творчества Паули - теория нейтрино.

Процессы радиактивного распада можно разделить на три вида:

* альфа-излучение (испускание ядер)

* бета-излучение (испускание электронов)

* гамма-излучение (электромагнитное взаимодействие, т. е. испускание фотонов).

Второй проблемой, которую должна была решить гипотеза нейтрино Паули, было отношение между спином ядра, магнитным моментом и ядерной статистикой.

В. Э. Паули постулировал нейтрино как новую нейтральную частицу ядра (без электрического заряда).

Это было сделано для объяснения непрерывного энергетического спектра в процессе бета-распада и описания строения атомного ядра, которое согласовывалось бы с понятиями магнитного момента, спина и статистикой.

Это были гипотетические нейтроны.

Потом физик отказался от идеи, что нейтрино часть ядра.

Эти частицы возникали в процессе бета-распада, т. е. они не присутствовали в ядре изначально.

Было предложено, что нейтрино это незаряженные частицы с нулевой массой!

Нейтрино было сложно обнаружить опытным путем, у них не было ни заряда, ни магнитного момента.

Данный процесс рождения и превращения частиц совершался в определенной точке пространства - времени.

Механизмом, отвечающий за распад, является контактная сила, т. е. в определенный момент и в определенном положении происходит превращение нейтрона в протон с последующим испусканием электрона и нейтрино.

Такое взаимодействие в природе получило название слабого взаимодействия. Носителями такого взаимодействия стали бозоны.

При наблюдении за этим процессом пришло понимание, что происходит изменение четности системы в пространственной инверсии, т. е. меняются местами правая сторона с левой и наоборот.

До 1950-х годов большинство физиков были уверены, что все природные силы сохраняют четность, как это происходит с сохранением энергии, момента и т. д.

Но в 1956 г. обнаружили нейтрино и ситуация радикально изменилась.

Произошло несохранение четности в слабом взаимодействии.

Нейтрино (в отличие от электрона) существуют только в отрицательном состоянии поляризации.

С антинейтрино (античастицы нейтрино) происходит обратное: их поляризация положительная.

Слабое взаимодействие показывает разницу между правым и левым.

Изменение четности влечет за собой инверсию верх-низ в зеркальном отражении, а конечный результат отличается от начальных условий.

Изучение слабого взаимодействия - интенсивная экспериментальная и теоретическая научная деятельность в нашем веке.

Квантовая электродинамика и более общая квантовая теория поля родились из описания взаимодействия частиц между собой и с излучением.

Квант света (фотон) создается и уничтожается в самом процессе перехода из одного атомного состояния в другое, то же происходит во время бета-распада.

Откуда появляются фотоны?

Какой механизм отвечает за то, что возбужденный атом испускает фотон?

Какова теория взаимодействия излучения (электромагнитного поля) и материи?

Теория сильного взаимодействия - квантовая хромодинамика.

Жизнь В. Э. Паули не ограничивалась физикой. Он также интересовался философией и психологией.

Он не был активным участником общественной жизни, посвятил себя научной работе.

Это был суперкритик от физики, который постоянно боролся в своем стремлении к ясности и рационализации предположений.