На что влияют спин и магнитный момент электрона?

Спин и магнитный момент солитонов, наряду с частотой, зарядом и массой вносят дополнительные “краски” в палитру сложнейших взаимодействий в микромире. Надо сказать, что в теории спину частиц уделяется довольно много внимания. В частности, разработаны правила сложения спинов частиц, установлена связь симметрии волновых функций со спином и т.д. [15-17].

На практике особенно ярко влияние спина проявляется при столкновениях встречных поляризованных пучков электронов. Направление “струй” разлетающихся новых частиц, образующихся в результате столкновения встречных пучков, зависит от того, каким образом направлены спины сталкивающихся электронов.

Магнитный момент частицы жестко связан с направлением спина. Но в отличие от спина, не зависящего от массы частицы, магнитный момент обратно пропорционален ее массе. Поэтому легкий электрон обладает магнитным моментом, значительно превосходящим магнитные моменты тяжелых нуклонов в атомных ядрах, что ярко проявляется в магнитных свойствах веществ.

Кроме того, магнитные моменты электронов оказывают заметное влияние на электронные энергетические уровни в атомах, а, следовательно, и на атомные спектры излучения и поглощения.

Оценим порядки величин этих эффектов.

Представим себе полностью намагниченный магнитный материал. Это означает, что некомпенсированные магнитные моменты электронов в атомах вещества направлены в одну и ту же сторону.

Как упоминалось выше, электрон в качестве магнитного диполя (12) состоит из двух “магнитных зарядов” (± ec /2), отстоящих друг от друга на величину диаметра электрона (l = 2 r_e). Поэтому в поляризованном магнитном материале все положительные магнитные заряды в целом оказываются “сдвинутыми” относительно отрицательных магнитных зарядов на величину плеча диполя l. Этот сдвиг приводит к образованию на противоположных гранях намагниченной области тонких слоев, “заряженных” магнитными зарядами.

Таким образом, весь образец из магнитного вещества приобретает макроскопический магнитный момент, образуемый элементарными магнитными моментами электронов. Магнитный момент единицы объема магнетика называется намагниченностью.

Зная число атомов с некомпенсированным магнитным моментом электрона N в единице объема магнетика, можно определить величину “магнитного заряда” в объеме V приповерхностного слоя. Полагая площадь этого слоя равной единице, а толщину – l = 2 r_e, с учетом (2) и (12) получаем:

(25)

Таким образом, сумма всех некомпенсированных магнитных моментов электронов в единице объема вещества определяет величину насыщенной (максимально возможной) намагниченности вещества J ₀.

Магнитный момент электрона приблизительно равен μ_В ≈ 9,27∙10^-24 Дж/Тл, а N имеет порядок величины ~ 10²⁹ 1/м³. Поэтому насыщенная намагниченность магнетиков согласно (25) должна иметь порядок величины J ₀ ~ 10⁶ А/м, что соответствует имеющимся экспериментальным данным [3]. Намагниченность, близкая к насыщенной величине, наблюдается в так называемых доменах ферромагнитных материалов имеющих спонтанную намагниченность.

Оценим теперь взаимное влияние магнитных моментов электронов в составе атомов на энергию атомных энергетических уровней, а, следовательно, и на спектры излучения (поглощения) атомов.

Магнитное поле, создаваемое электроном как магнитным диполем, согласно (10) и (11), быстро уменьшается с увеличением расстояния от электрона.

Для оценки взаимодействия двух электронов в составе атома расстояние между ними примем равным характерной для атома величине радиуса Бора. При максимальной величине магнитного поля диполя (10) энергия “воздействия” одного электрона на другой электрон равна:

(26)

Чтобы наглядно представить себе эту величину, вспомним, что энергия основного электронного уровня в атоме водорода определяется формулой

(27)

Тогда (26) можно записать в удобном для оценки виде

(28)

Таким образом, магнитные моменты электронов могут оказать заметное влияние на энергетические состояния только при расстояниях между электронами, значительно меньших, чем радиус Бора. Например, если в формулу (28) вместо радиуса Бора мы подставим величину расстояния 0,1 R_B, то энергия взаимодействия увеличится в 1000 раз и будет уже равна 0,72 эВ. Однако и в этом случае величина энергии магнитного взаимодействия не идет ни в какое сравнение с энергией взаимодействия электрических зарядов частиц (27).

Энергия взаимодействия магнитных моментов атомных ядер с магнитными моментами электронов, составляющих атомные оболочки, еще меньше. В сравнении с (28) эта энергия взаимодействия меньше ориентировочно во столько же раз, во сколько ядерный магнетон (μ_я ≈ 5,0∙10^-27 Дж/Тл) меньше, чем магнетон Бора (μ_В ≈ 9,27∙10^-24 Дж/Тл), то есть, еще более чем на три порядка (W ~10^-6эВ).

Следовательно, магнитные моменты электронов и ядер воздействуют на “тонкую” и “сверхтонкую” структуры атомных спектров. Во всяком случае, в диаграммах Гротриана роль и значение спиновых и магнитных моментов на энергетические уровни электронов явно преувеличены и не соответствуют реальности [12].

В целом, квантовая теория “движения” электронов в составе атома, как показали недавние исследования, противоречит имеющимся экспериментальным данным. Электроны отнюдь не “размазываются” по вероятностным облакам - орбиталям, а, наоборот, встраиваются в резонансы электронных оболочек. При этом многоэлектронные оболочки атомов имеют сферическую форму [11-14].

　

Заключение

Главный вывод состоит в том, что электрон отнюдь не является “точечной” частицей, намного превосходя размеры атомного ядра. Но электрон нельзя назвать и собственно частицей – это электромагнитный солитон в виде вращающейся одиночной волны. Поэтому в электроне, как в волне, “содержится” поровну электрическая и магнитная энергия, чем и определяется суммарная энергия-масса электрона.

В характеристиках и структуре электрона наиболее ярко проявляются самые общие закономерности формирования вещества. В частности, в электроне “зашифрована” знаменитая физическая константа – постоянная тонкой структуры. Она отражает закономерности процесса вращения поля в структуре солитона, определяя, в конечном итоге, отношение толщины вращающегося слоя электромагнитного поля к диаметру вращения.

Все элементарные частицы вещества состоят из солитонов, аналогичных электрону и его античастице – позитрону. Поэтому ряд масс элементарных частиц и строение атомов, а в более широком смысле – все устройство окружающего нас мира определяются волновыми и частотными процессами взаимодействия и взаимной резонансной настройки солитонов, составляющих вещество.

Современная теория не учитывает этих принципиальных основ строения вещества. Кроме того, вокруг любой элементарной частицы вещества существуют “неучтенные” продольные стоячие электромагнитные волны. Именно это внешнее переменное поле обеспечивает частотные взаимодействия частиц и делает мир по-настоящему единым.

Реальные колебания и волны играют главенствующую роль в микромире, что нашло свое подтверждение в резонансной природе ряда масс элементарных частиц и в резонансном устройстве атома. Соответственно и Вселенная в существующем ныне виде сформировалась в результате процессов взаимодействия и установления равновесия. Впрочем, это равновесие в природе, очевидно, является относительным и временным.

Важным элементом “неохваченной” теорией объективной реальности следует признать огромное количество гармонических составляющих, “сопровождающих” основные частоты солитонов вещества.

Без учета взаимодействий, происходящих на этих гармониках, невозможно построить не только теорию элементарных частиц, но и понять строение атома и свойства атомных спектров. Следствием этого как раз и явилась полная несостоятельность существующей квантово-механической теории атома.

Вскрывшиеся поразительные факты профанации теории атома и теории элементарных частиц свидетельствуют о поспешности, с которой создавались эти теории. Устроенное в первой половине ХХ века соревнование скоропалительных “сумасшедших идей” привело к тому, что теория росла как снежный ком, наслаивая одно заблуждение на другое.

Вывод из всего этого закономерен: совершенно недопустимо пропускать целые звенья в естественной последовательной цепи познания и переходить к следующим этапам, оставляя позади огромные пласты непознанного.

Слишком долго “золотой ключик” физики – электрон оставался невостребованным. Только восстановление этого промежуточного звена познания природы позволит вывести физику из тупика, в котором она оказалась.

Электрон еще не раскрыл всех своих тайн. Свойства электрона требуют тщательного и глубокого исследования.

В частности, решение многих проблем кроется в особенностях волновых процессов, происходящих в структуре электрона (и его аналогов – мюона и тау). Эти внутренние процессы, обеспечивающие вращение электромагнитного поля солитона, фактически обусловливают величину постоянной тонкой структуры, содержат разгадку тайн рождения нейтрино и образования заряда электрона.

Попытка решения этой задачи в самом общем виде была предпринята в работе [6], однако полученные результаты носят скорее качественный характер.

Вполне возможно, что более подробные исследования будут осуществлены путем компьютерного моделирования с использованием модели Максвелла.

И тогда электрон откроет нам новые тайны.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность А.С.Богомолову за ценные замечания.

　

Литература

1. Шпольский Э.В. Атомная физика. т. 1: Введение в атомную физику. 7-е изд. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984. — С. 552.

2. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. Главная редакция физ.-мат. литературы. - М.: Наука, 1985. - С.468.

3. Физические величины. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1991. С 1232.

4. Максвелл Д. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. Перевод под редакцией П. С. Кудрявцева. - М.: Государственное изд. технико-теоретической литературы, 1952.

5. Верин О.Г. Модель Максвелла и свойства вакуума. http:// www. sciteclibrary. ru / rus / catalog / pages /8864. html

6. Верин О.Г. Динамика вакуума и солитонная теория элементарных частиц. М.: РТ-Пресс. 2002 г.

7. Верин О.Г. Природа элементарных частиц, квантовая теория и Великое Объединение. М.: Контур-М. 2005 г.

8. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.6. М.: Мир, 1966.

9. J. A. Wheeler and R. Feynman. Interaction with the Absorber as the Mechanism of Radiation. Rev. Mod. Phys. 17, 157 (1945).

10. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Элементарные частицы. М.: “Наука” 1986. – С. 256.

11. Верин О.Г. Резонансная физика микромира. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/14857.html

12. Верин О.Г. Гармоническое единство спектра атома. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/14412.html

13. Верин О.Г. Законы формирования электронных оболочек атомов. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/14288.html

14. Верин О.Г. Физические основы строения атома. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/14155.html

15. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). М.: Физматгиз, 1963. – С. 704.

16. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.8. М.: Мир, 1966.

17. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.9. М.: Мир, 1967.

 

Дата публикации: 2 августа 2015