Фізика напівпровідників (стр. 25 из 25)

тобто одержуються дві області значень енергій, розділені забороненим проміжком шириною 2mec2 (мал.7.6).

В класичній теорії переходи в стани з від’ємною енергією заборонені, оскільки енергія змінюється неперервно. В квантовій теорії, де енергія квантується, такі переходи можливі. Але частинка з від’ємною енергією має від’ємну масу, що – нефізично. Дірак висунув гіпотезу, що стани з від’ємною енергією не спостерігаються, оскільки вони заповнені електронами. Збудження системи зводиться до переходу електрона з заповнених рівнів на вільні; внаслідок цього виникає вільний електрон і вакансія в системі заповнених рівнів – “дірка”. Ця вакансія веде себе як електрон з додатніми масою і зарядом, вона одержала назву позитрон. Для виникнення пари електрон-позитрон потрібна мінімальна енергія Е=2mec2. Процес

(7.44)

являє собою процес народження пари фотоном; із-за необхідності виконання законів збереження енергії та імпульсу він повинен відбуватись в полі частинки Х. Можливий і зворотній процес

, (7.45)

процес аннігіляції пари; він не вимагає присутності сторонньої частинки, оскільки народжуються два фотони.

У 1932 р. позитрони були виявлені в космічних променях; напротязі 1955–1956 р.р. були відкриті антипротон

і антинейтрон . Античастинки існують і у бозонів: , наприклад, є античастинкою для . Існують і абсолютно нейтральні частинки ( . Вони нездатні аннігілювати, але можуть перетворюватися в інші частинки.

Найбільша група елементарних часток – адрони діляться на звичайні, дивні, “чарівні”, “красиві”, “істинні” частинки. Цьому поділу відповідає наявність у адронів екзотичних квантових чисел: дивності S, чарівності С, краси b, істинності t; вони зберігаються у сильній та електромагнітній взаємодіях, але не зберігаються у слабкій взаємодії.

Таким чином, кожне квантове число описує певний вид симетрії часток і взаємодій з відповідним законом збереження, який може бути точним чи наближеним. Вивчення цих симетрій привело до класифікації елементарних часток і спроб побудови єдиної теорії фундаментальних взаємодій.