Додаток про локалізацію частинок

0
3

Хороші питання стають приводом для нових постів 🙂

До минулого посту про локалізацію частинок в детекторі був заданий хороший питання:
Якщо народжуються відразу всі типи частинок, чому вони відразу після народження не взаємодіють один з одним?
Це питання добре показує обмежені можливості популярного словесного пояснення того, що відразу видно у формулах. Але тим не менше, я спробую відповісти на словесному мовою.

Почну зі знаменитого кота Шредінгера.
Коли кажуть, що в ящику є кіт у суперпозиції «живий» і «мертвий», то зовсім не мається на увазі, що там присутні відразу два кота, один з яких точно живий, а другий точно мертвий, і які могли б взаємодіяти (наприклад, заважати один одному поміститися в ящик). Там є тільки один кіт у такому ось квантовому стані.

На математичному мові це стан можна розкласти по базису «станів до чітко визначеної життєвістю» з ненульовими проекціями на базисні стану «живий» і «мертвий». Це як вектора в просторі, які можуть вказувати не тільки строго уздовж координатних осей, але і як-то навскоси. Стану «живий» і «мертвий» — це ортогональні один до одного стану, які не взаємодіють, так як — умовно кажучи — вони відповідають двом взаимоисключенным можливостей спостереження.

Тепер повернемося знову до детектора і часткам. Розглянемо конкретний приклад. У нас є нестабільна частинка (W-бозон), яка може розпастися на лептон-з вмістом нейтринної пару, тобто на електрон і його антинейтрино або на мюон і його антинейтрино (про інші канали розпаду забудемо). До взаємодії з детектором ті сферичні хвилі, які витікають з кожного конкретного W-бозона — це одночасно і електрони, і мюоны, з певною амплітудою ймовірності. Тому питання можна сформулювати, наприклад, так: якщо вилітають і електрони, і мюоны, то будуть вони електрично відштовхуватися один від одного?

Ні, не будуть, тому що вони не існують одночасно. W-бозон у нашому прикладі випускає лише одну лептон-з вмістом нейтринної пару, а не дві різні пари одночасно.

Однак, як легко передбачити, все набагато хитріше. В квантовій теорії поля частинки можуть народжуватися і зникати. І якщо в розпаді W-бозона народився електрон і почав розширюватися у вигляді хвилі, то це ще не означає, що він гарантовано долетить до детектора. Цілком може статися і так, що ця расходящаяся хвиля зачепиться своїх хвостом за таку ж втікає вмістом нейтринної хвилю. Вони тоді можуть перетворитися в W-бозонную хвилю, яка знову розпадеться, але на цей раз вже в мюон-з вмістом нейтринної пару (див. картинку, диаграммка вгорі).



У цьому випадку наявність електрона і мюона вже не взаимоисключено. А раз так, то можливі і всякі додаткові дії, наприклад, пряме електромагнітне взаємодія за рахунок обміну фотонами, яке показано на нижньому малюнку. Так що в цьому сенсі — так, всі варіанти часток, що розлітаються взаємодіють один з одним.

І наостанок дисклеймер: треба чітко розуміти, що всі ці пояснення не можна сприймати буквально. Це всі спроби перевести квантово-механічні або квантово-польові формули у візуальну картинку. Вони неминуче неточні, неповні і обмежені в своїй пояснювальній силі. Їх мета — показати, що ще більш проста картинка (про траєкторії, локалізовані спочатку) зовсім неправильна, оскільки вона не узгоджується з формулами.

І ще технічний момент. Цікаві коментарі до попереднього посту з’являються відразу в трьох місцях: в основному блозі, в гуглбаззе і в ЖЖ-синдикаті. Я відповідаю скрізь, але тільки треба пам’ятати, що в ЖЖ-синдикаті через два тижні все автоматично стирається.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here