Устаревшая ед частотного интервала. Названа в честь франц физика Ф. Савара (F. Savart). 1 С

Вид материала

Документы

Содержание Спин-орбитальное взаимодей­ствие Спинорное поле Спин-решёточное взаимодей­ствие Схема перехода: а — с уровня энергии ξ Спиральная антенна В. Я. Любое. Спектры опти­ческие Спонтанное деление ядер Зависимость периодов T СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (спон­танное испускание) Aik С. и., являющаяся важнейшей хар-кой квант. перехода, зависит от св-в уровней, между к-рыми происходит переход. Для дипольног Спонтанное нарушение сим­метрии А. В. Ефремов, Д. В. Ширков.

Подобный материал:

• Синдром удлинённого интервала qt и проблемы безопасности психофармакотерапии, 109.2kb.
• Товариство з обмеженою, 119.57kb.
• Н. Г. Чернышевского кафедра теоретической и математической физики рабочая программа, 152.3kb.
• Программа по физике для 10-11 классов общеобразовательных, 75.87kb.
• Татьяна Евгеньевна Зыкова. Сюных лет ему была интересна литература, 95.59kb.
• Электронная газета в рамках «Дня науки», посвященного Году российской космонавтики, 85.16kb.
• Лекция Логические основы компьютеров , 369.25kb.
• Игра ) Имя известного ученого, в честь которого названа самая популярная программа, 21.91kb.
• Физика биологических систем, 39.45kb.
• Динамика культурных процессов в современной России, 39.45kb.

^ СПИН-ОРБИТАЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙ­СТВИЕ, взаимодействие ч-ц, за­висящее от величины и взаимной ори­ентации их орбитального и спинового моментов кол-ва движения и приво­дящее к т. н. тонкой структуре уров­ней энергии системы. С.-о. в.— реля­тив. эффект; формально оно получа­ется, если энергию быстро движущих­ся во внеш. поле ч-ц находить с точ­ностью до v²/с², где v — скорость ч-цы.

Наглядное физ. истолкование С.-о. в. можно получить, рассматривая, напр., движение эл-на в атоме водорода. Эл-н обладает собств. моментом кол-ва движения — спином, с к-рым связан спиновый магн. момент. Эл-н дви­жется вокруг ядра по нек-рой «орбите» (примем этот полуклассич. образ). Об­ладающее электрич. зарядом ядро создаёт кулоновское электрич. поле, к-рое должно оказывать воздействие на спиновый магн. момент движущего­ся по «орбите» эл-на. В этом легко убедиться, если мысленно перейти в систему отсчёта, в к-рой эл-н поко­ится (т. е. в систему, движущуюся вместе с эл-ном). В этой системе ядро

будет двигаться и, как любой движу­щийся заряд, порождать магн. поле Н, к-рое будет воздействовать на магн. момент  эл-на. Добавки к энергии эл-на, обусловленные этим вз-ствием, зависят от ориентации  и равны -H=-_HH. Т. к. про­екция _H магн. момента  на направ­ление Н может принимать два зна­чения (±¹/₂ в ед. ћ), то С.-о. в. при­ведёт к расщеплению уровней энер­гии в атоме водорода (и водородоподобных атомах) на два близких подуров­ня — к дублетной структуре уров­ней. У многоэлектронных атомов кар­тина тонкого (мультиплетного) рас­щепления уровней энергии более слож­ная. Атомы щелочных металлов, у к-рых полный спин эл-нов равен ¹/₂, также обладают дублетной структу­рой уровней.

С.-о. в. существует и у нейтр. ч-ц, имеющих и орбитальный, и спиновый механич. моменты, напр. у нейтронов. Весьма существенно С.-о. в. в ат. ядрах, вклад к-рого в полную энер­гию вз-ствия велик (до ~10%).

• См. лит. при статьях Атом, Ядро атом­ное.

В. И. Григорьев.

^ СПИНОРНОЕ ПОЛЕ, поле физиче­ское, к-рое описывается ф-цией, яв­ляющейся в каждой точке пр-ва спино­ром, т. е. состоящей из двух компо­нент, определённым образом преобра­зующихся друг через друга при по­вороте системы координат. Примером С. п. может служить волн. ф-ция эл-на, представляющая пару спиноров (биспинор; см. Дирака уравнение). В квант. теории поля квантами С. п. явл. ч-цы со спином ¹/₂ (эл-н, мюон, ней­трино, гипотетич. кварки).

А. В. Ефремов.

^ СПИН-РЕШЁТОЧНОЕ ВЗАИМОДЕЙ­СТВИЕ, см. Спин-фононное взаимо­действие.

СПИН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТ­ВИЕ, взаимодействие между магн. моментами парамагн. ч-ц в в-ве или ядер (системы спинов) и упругими колебаниями окружающей их среды (фононами). Различают электрон­ное С.-ф. в. и ядерное С.-ф. в.

Электронное С.-ф. в. в па­рамагн. кристаллах обусловлено разл. механизмами. В «разбавленных» пара­магнетиках — кристаллах, где решётку образуют диамагн. ионы, а парамагн. ионы замещают лишь незначит. их часть и практически не взаимодей­ствуют друг с другом, осн. роль иг­рает механизм Ван Флека. Диамагн. ионы в таких кристаллах создают сильное электрич. внутрикристаллическое поле. Распространение аку­стич. волн в кристалле приводит к периодич. искажению крист. решётки и, следовательно, к периодич. изме­нению внутрикрист. поля. Переменное поле влияет на орбитальное движение эл-нов парамагн. иона и тем самым на его орбитальный магн. момент, изменение к-рого посредством спин-орбитального взаимодействия вызыва-

714


ет переориентацию спинового магн. момента иона.

В материалах с большой плотно­стью парамагн. ч-ц, где нельзя пренебрегать влиянием парамагн. ио­нов друг на друга, гл. роль при С.-ф. в. играет т. н. механизм Валлера. При упругих колебаниях решётки рас­стояния между парамагн. ионами изме­няются с частотой этих колебаний. Возникает осциллирующее магн. поле, к-рое взаимодействует со спиновым и орбит. магн. моментами парамагн. ч-ц.

Электронное С.-ф. в. сильно про­является в парамагн. кристаллах с ио­нами группы железа и редкоземель­ными ионами, напр. в Аl₂О₃, с при­месью ионов Cr³⁺, в CaFe₂ с Eu²⁺ .

Передача энергии фононов системе спинов происходит в два этапа: от фононов к орбитальному движению эл-нов и от орбитального движения к спинам. Такое спин-решёточное вз-ствие может осуществляться посредством двух процессов: прямого и не­прямого.



^ Схема перехода: а — с уровня энергии ξ_i на уровень ξ_j, сопровождаемого излуче­нием фонона h₀; б — с уровня ξ_j на уро­вень ξ_i, сопровождаемого поглощением фо­нона h₀.


В прямых, или однофононных, процессах переход иона с верх­него энергетич. уровня ξ_i на ниж­ний ξ_j сопровождается переориента­цией магн. момента эл-на и излуче­нием одного фонона с энергией h₀=ξ_i-ξ_j (рис., а); при обратном процессе происходит поглощение энер­гии фонона и соответствующее увели­чение энергии спиновой системы (рис., б). Прямые процессы преобла­дают при низких темп-рах; они, напр., наблюдаются во многих парамагн. системах при темп-рах жидкого гелия. С повышением темп-ры энергия ко­лебаний кристаллической решётки воз­растает и начинает преобладать не­прямой, или комбинац. (многофононный), процесс спин-решёточного вз-ствия: при переходах с уровня ξ_j на уровень ξ_i может происходить одновременно поглощение фононов с энергией h₁ и излучение фононов с энергией h₂, так что в результате выполняется условие: ξ_i-ξ_j=h(₁-₂).

В непрямых процессах участвуют нормальные колебания решётки, ха­рактерные для данной темп-ры, по­скольку частоты ₁ и ₂ могут иметь разл. значения в широких пределах; в прямых процессах принимают уча­стие только фононы резонансной ча­стоты ₀.

Для количеств. оценки процессов спин-решёточной релаксации и С.-ф. в. пользуются константами С.-ф. в., характеризующими зависимость изменения энергии спиновой системы от деформаций решётки. Константы С.-ф. в. G_ijkl явл. компонентами тен­зора, вид к-рого существенно зависит от симметрии локального электрич. поля вблизи парамагн. иона. Для оп­ределения G_ijkl чаще всего пользуют­ся методами одноосного сжатия и акустического парамагнитного резо­нанса. Первый состоит в измерении сдвига линий электронного парамаг­нитного резонанса под действием од­ноосного давления, вызывающего ста­тич. деформацию парамагнетика. Ве­личина сдвига пропорциональна пер­вой степени констант С.-ф. в., что по­зволяет определять величину и знак этих констант.

В случае ядерного С.-ф. в. связь упругих колебаний тв. тела с системой яд. спинов осуществляется посредством неск. видов электрич. и магн. вз-ствий, сила к-рых периоди­чески модулируется акустич. колеба­ниями. Такими вз-ствиями являются: магн. вз-ствие между спинами сосед­них ядер — спиновое вз-ствие; элек­трич. вз-ствие между квадрупольными моментами ядра и градиентом элек­трич. поля, создаваемым внеш. (по отношению к ядру) зарядами; сверх­тонкое вз-ствие в ферромагн. мате­риалах; вз-ствие яд. магн. момента со слабым радиочастотным магн. по­лем, возникающим при распростра­нении поперечной звуковой волны в металле, и др.

Ядра со спином I>¹/₂ обладают электрич. квадрупольным моментом. Акустич. колебания крист. решётки вы­зывают периодич. изменения градиента внутрикрист. электрич. полей, к-рые, взаимодействуя с квадрупольным мо­ментом ядра, осуществляют ядерное С.-ф. в. Передача энергии акустич. ко­лебаний яд. спинам осуществлялась гл. обр. за счёт яд. электрич. квадрупольного вз-ствия (см. Ядерный квадруполъный резонанс). Такие вз-ствия наблюдаются в щёлочно-галоидных кристаллах, содержащих ядра, напр. ²³Na, ⁷⁹Br; в полупроводниках группы A^IIIB^V, таких, как InSb, к-рый содержит ядра ¹¹⁵In, и др.; в монокристаллах металлов, напр. Та. Ядерное С.-ф. в. чаще всего характе­ризуется коэфф. спин-фононного пог­лощения звука, к-рый позволяет получать информацию о природе и ве­личине внутр. магн. полей и о про­цессах яд. спин-решёточной релак­сации, определять величину яд. квадрупольного вз-ствия и др. Ядерное С.-ф. в. изучается с помощью методов, используемых при наблюдении аку­стического ядерного магнитного ре­зонанса, т. е. в области частот от 1 до 100 МГц.

• Т а к е р Дж., Р э м п т о н В., Гиперзвук в физике твердого тела, пер. С англ., М., 1975; Магнитная квантовая акустика, М., 1977.

В. Г. Бадалян.

^ СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА, антенна в виде провода, свёрнутого в спираль. Конфигурации спирали могут быть различными. Цилиндрич. С. а. излучает вдоль оси волны с круговой поля­ризацией. С. а. применяются на де­циметровых волнах как широкополос­ные антенны осевого излучения, как облучатели для зеркальных антенн и линзовых антенн, а также как элемен­ты антенных решёток.

СПИРАЛЬНОСТЬ (), одна из квантовомеханич. хар-к (квантовых чисел) состояния элем. ч-ц, определяемая как проекция спина ч-цы на направление её движения. Если >0, то говорят, что ч-ца имеет правовинтовую (пра­вую) С., если <0 левовинтовую (ле­вую) С.

СПЛАВЫ, макроскопически однород­ные в-ва, получаемые сплавлением двух или более металлов, неметаллов, окислов, органич. в-в и т. п. Особенно важную роль в технике играют ме­таллич. С. (основной вид конструкц. материалов). В общем случае С. не являются механич. смесью компонен­тов. При сплавлении компоненты мо­гут образовывать разл. системы, вхо­дящие в состав С.: а) твёрдые раство­ры; б) хим. соединения (см. Металли­ческие соединения), в) смеси фаз — эвтектики, продукты разл. пре­вращений. В немногих случаях С. со­держит просто хим. элементы (С, Si, Pb и др.).

Варьируя состав С., а также мето­ды его получения и обработки, можно получать материалы с весьма раз­нообразными св-вами. Получение С. осуществляется кристаллизацией из расплава, металлокерамич. спосо­бом, конденсацией из паров, электро­осаждением из раствора, диффузи­онным насыщением и др. методами. Механич., электрич. и др. св-ва С. мо­гут быть изменены их термич., термомеханич., радиац., механич. и др. видами обработки. Фазовое состояние С. в равновесном состоянии при дан­ном составе, темп-ре и давлении мож­но определить из диаграммы состоя­ния.

С. классифицируют: по числу ком­понентов (двойные, тройные и т. д.), по числу фаз — однофазные (тв. ра­створы, металлиды) и многофазные. Строение С. изучается методами рент­геновского структурного анализа, элек­тронной и ионной микроскопии, ней­тронографии и др.

•Курдюмов Г. В., У т е в с к и й Л. М., Э н т и н Р. И., Превраще­ния в железе и стали, М., 1977; Б о ч в а р А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Горелик С, С., Дашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и металловедение, М., 1973; Уманский Я. С., С к а к о в Ю. А., Физика ме­таллов, М., 1978; Л ю б о в Б. Я., Неко­торые релаксационные процессы в металлах и сплавах, связанные с их дефектной струк­турой, «Изв. АН СССР. Металлы», 1977, № 5, с. 180.

^ В. Я. Любое.

СПЛОШНОЙ СПЕКТР (непрерывный спектр), спектр эл.-магн. излучения, распределение энергии в к-ром ха­рактеризуется непрерывной ф-цией ча­стоты излучения v-—() или длины

715


его волны  — f() (см. ^ Спектры опти­ческие). Для С. с. функция () [или f()] слабо изменяется в достаточно широком диапазоне  (или ), в отличие от линейчатых и полосатых спектров, когда () имеет при дискр. значе­ниях частоты =₁ ₂, ₃, . . . вы­раженные максимумы, очень узкие для спектр. линий и более широкие для спектр. полос. В оптич. области при разложении света спектральными приборами С. с. получается в виде непрерывной полосы (при визуальном наблюдении или фоторегистрации) или плавной кривой (при фотоэлектрич. регистрации). С. с. наблюдаются как в испускании, так и в поглощении. Примером С. с., охватывающего весь диапазон частот и характеризуемого вполне определённым спектральным распределением энергии, описываемым Планка законом излучения, служит спектр излучения абсолютно чёрного тела.

В нек-рых случаях возможны нало­жения линейчатого спектра на сплош­ной. Напр., в спектрах Солнца и звёзд на С. с. испускания могут на­кладываться как дискр. спектр по­глощения (фраунгоферовы линии), так и дискр. спектр испускания (в част­ности, спектр. линии испускания ато­ма Н).

Согласно квант. теории, С. с. возникает при квантовых переходах между двумя совокупностями уров­ней энергии, из к-рых, по крайней мере, одна принадлежит к непрерыв­ной последовательности уровней. При­мером может служить С. с. атома Н, получающийся при переходах между дискр. уровнями энергии с разл. значениями гл. квантового числа n и непрерывной совокупностью уров­ней энергии, лежащих выше границ ионизации (свободно-связанные пере­ходы); в поглощении С. с. соответ­ствует ионизации атома Н (переходы эл-на из связанного состояния в сво­бодное), в испускании — рекомбина­ции эл-на и протона (переходы эл-на из свободного состояния в связанное). При переходах между разными пара­ми уровней энергии, принадлежащи­ми к непрерывной совокупности уров­ней (свободно-свободные переходы), также возникают С. с., соответствую­щие тормозному излучению при ис­пускании и обратному процессу при поглощении. Переходы же между раз­ными парами дискрет. уровней энер­гии создают линейчатый спектр (свя­занно-связанные переходы).

С. с. многоатомных молекул могут получаться при переходах между со­вокупностями близких дискр. уров­ней энергии в результате наложения очень большого числа спектр. линий, имеющих конечную ширину. В та­ком случае при недостаточной разре­шающей способности применяемых спектр. приборов линейчатые или полосатые спектры могут сливаться в С. С.

М. А. Ельяшевич.

^ СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР, са­мопроизвольное деление тяжёлых ядер. Впервые обнаружено у ядер урана Г. Н. Флёровым и К. А. Петржаком в 1940. С. д. я.— разновид­ность радиоактивного распада ядер (см. Радиоактивность). С. д. я. по­добно альфа-распаду происходит пу­тём туннельного перехода (см. Тун­нельный эффект). Как и во всяком туннельном переходе вероятность С. д. я. очень сильно (экспоненциаль­но) зависит от высоты барьера деле­ния (см. Деление атомного ядра). Для изотопов U и соседних с ним элемен­тов высота барьера деления V_f~6 МэВ. При небольших (~1 МэВ) вариа­циях высоты барьера период ТС. д. я. изменяется в 10³⁰ раз. На рис. даны



^ Зависимость периодов T_1/2 спонтанного де­ления ядер (в осн. состоянии) от парамет­ра Z²/A.


периоды С. д. я. в зависимости от параметра Z²/A (Z — ат. номер, А — массовое число), определяющего вы­соту барьера V_f.

С. д. я. явл. доминирующим ка­налом распада сверхтяжёлых ядер, вследствие чего именно этим про­цессом определяется возможность су­ществования ядер с большими Z, т. е. граница периодич. системы эле­ментов (см. Трансурановые элементы). Для U и Pu характерно асимметрич­ное (по массе) деление, по мере роста А оно приближается к симметричному (Fm).

• См. лит. при ст. Деление атомных ядер.

^ СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (спон­танное испускание), самопроизвольное испускание эл.-магн. излучения ато­мами и др. квант. системами, находя­щимися на возбуждённых уровнях энергии (см. Квантовый переход). В от­личие от вынужденного излучения, С. и. не зависит от воздействия на квант. систему внеш. эл.-магн. излучения, и его закономерности определяются исключительно св-вами самой систе­мы подобно др. типам спонтанных (са­мопроизвольных) процессов (напр., радиоактивному распаду, превращению молекул при мономолекулярных реак­циях). С. и. возникает при спонтан­ном квант. переходе возбуждённой системы с более высокого уровня энер­гии ξ_i на более низкий ξ_k и харак­теризуется частотой _ik испускае­мого фотона с энергией h_ik=ξ_i-ξ_k (где h — Планка постоянная) и веро­ятностью A_ik., равной среднему числу фотонов, испускаемых квант. систе­мой в единицу времени (см. Эйнштей­на коэффициенты). Если число атомов и молекул на возбуждённом уровне энергии ξ_i (населённость уровня) равно N_i, то мощность С. и.— энергия фотонов, испускаемых в 1 с, равна N_iA_ikh_ik; она определяет интен­сивность С. и., к-рая остается посто­янной при постоянстве N_i. Если за­дано начальное число возбуждённых систем N_i0, а дальнейшее возбужде­ние отсутствует, то вследствие С. и. ni будет убывать со временем t по закону N_i=N_i0exp(-A_it), где A_i=А_ik — полная вероятность С. и. при переходах системы с уровня энер­гии ξ_i на все более низкие уровни энергии ξ_k. Чем больше А_i, тем быстрее затухает со временем С. и. и тем меньше время жизни _i=1/A_i на уровне ξ_i.

Вероятность ^ A_ik С. и., являющаяся важнейшей хар-кой квант. перехода, зависит от св-в уровней, между к-рыми происходит переход. Для дипольного излучения А_ik пропорционально ку­бу частоты перехода и квадрату дипольного момента перехода (см. Ди­поль); в видимой области спектра она ~10⁸ с^-1, что соответствует временам жизни возбуждённых уровней энер­гии ~10^-8 с. В спектроскопии часто пользуются вместо вероятностей А_ik безразмерными вероятностями _k=A_ik/A₀, т. н. силами осцилляторов (А₀ — вероятность, принятая за 1 и дающая такой же закон затухания С. и., как и для дипольного излучения упруго связанного эл-на согласно классич. теории).

4) См. лит. при ст. Излучение.

М. А. Ельяшевич.

^ СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИМ­МЕТРИИ, самопроизвольное наруше­ние симметрии, выражающееся в том, что физ. система, описываемая ур-ния­ми движения, к-рые обладают нек-рой симметрией, находится в состоянии, лишённом этой симметрии. С. н. с. происходит в тех случаях, когда симметричное состояние не обладает миним. энергией и поэтому энергети­чески невыгодно, а наннизшее (с ми­ним, энергией) состояние неоднознач­но (вырождено), т. е. ему соответст­вует серия решений, каждое из к-рых по отдельности не обладает указанной симметрией (при преобразовании сим­метрии одно решение этой серии переходит в другое). С. н. с. озна­чает, что реализуется одно из этих решений.

Примером С. н. с. может служить простая механич. модель: абсолютно

716




симметричная относительно оси бу­тылка с выпуклым дном (рис.), в к-рую строго по оси падает шарик. Условие задачи и ур-ния движения шарика абсолютно сим­метричны относительно поворота вокруг оси бу­тылки. Однако резуль­тат получится несиммет­ричным: шарик окажется у стенки, в стороне от оси. Исходная симметрия спон­танно нарушилась. Она проявляется лишь в том, что шарик может скатить­ся в любую сторону от оси, т. е. наинизшее со­стояние вырождено отно­сительно поворотов во­круг оси. В квант. теории поля та­кому нарушению глобальной сим­метрии отвечает появление ч-ц с ну­левой массой и нулевым спином, к-рые наз. голдстоуновскими бозо­нами.

С. н. с. встречается в разнообраз­ных физ. ситуациях. Примерами мо­гут служить потеря устойчивости стержня под действием продольной нагрузки (продольный изгиб) и воз­никновение спонтанной намагничен­ности у ферромагнетиков. Механизм С. н. с. лежит также в основе явлений сверхтекучести и сверхпроводимости.

Последоват. метод анализа систем с вырожденным нижним энергетич. со­стоянием в квант. статистике был раз­вит Н. Н. Боголюбовым в нач. 60-х гг. (т. н. метод квазисредних). В даль­нейшем механизм С. н. с. получил широкое распространение в квант. теории поля. Было показано, что в калибровочных теориях С. н. с. может приводить к появлению конечной мас­сы у безмассовых калибровочных ч-ц (т. н. эффект Хиггса; см. Хиггса поле). Поэтому механизм С. н. с. лёг в ос­нову единой калибровочной теории слабого и эл.-магн. вз-ствий, где он обеспечивает появление массы у про­межуточных векторных бозонов (см. Слабое взаимодействие).

• Боголюбов Н. Н., Ш и р к о в Д. В., Квантовые поля, М., 1980; Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, М., 1981.

^ А. В. Ефремов, Д. В. Ширков.