Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

схема все же не столь красива, как предыдущая. Мы видим, что хаоны и эта-мезопы способны исчезать, не проходя через пионное состояние.

они являются членами лептонной пары.

§ 2266. Кварки

Спектры атома и атомного ядра объясняются динамикой и вза­ имодействием их составных частей — электронов и ядра в случае атома, протона и нейтрона в случае атомного ядра.

Можно думать, что этим же объясняются барионный и мезонный спектры. Если бы удалось показать, что нуклоны и мезоны сделаны

из каких-то более элементарных частиц, если бы оказалось возмож­ ным через взаимодействие этих субэлементарных частиц объяснить системы уровней бариона и мезона, то физика элементарных частиц приобрела бы законченность квантовой механики.

Пока эта задача далека от решения. Однако совсем недавно была предложена простая схема строения барионо'в и мезонов, которая так удачно описывает наблюдаемые энергетические уровни, что

кварков останется полезной как метод классификации энергетиче­ ских уровней барионов и мезонов. Для объяснения спектров вво­

двух (кварк-і-антикварк). Нетрудно проверить, что правильные

ется не только строение, но и переходы между уровнями.

Разумеется, введение кварков, даже если оно и окажется удач­ ным, решает лишь часть проблем физики «элементарных» частиц. В целом эта область знания не получила еще стройности и ясности такой, которой обладают другие разделы физики.

Г Л А В А 32

АТОМНОЕ СТРОЕНИЕ ТЕЛ § 227. Поликристаллическое вещество и монокристаллы

Рост кристаллов из расплава или раствора начинается, как правило, из весьма большого числа центров. Если не приняты спе­ циальные меры, то кристаллизация приведет к образованию не монокристалла, а поликристаллического вещества. Под микроскопом

случайную форму, поскольку его дальнейшему росту воспрепятст­ вовали соседние кристаллики. Большинство тел, с которыми нам приходится иметь дело, и прежде всего металлы и камни, являются поликристаллическими веществами.

Граница между зернами легко выявляется травлением в подхо­ дящем растворителе. Это объясняется тем, что большинство загряз­ нений, имеющихся в веществе, скапливается на границах зерен. Межкристаллитная прослойка

Рис. 247. Рис. 248.

атомы расположены в нарушенном (переходном) порядке. Особая

Можно найти в природе или искусственно вырастить одиночный кристалл (монокристалл) любого кристаллического вещества. Моно­ кристалл характеризуется правильностью своей формы: плоскими гранями, прямыми ребрами и симметрией, т. е. соразмерностью своих частей. Эта правильная форма выражает внутренние свойства кристалла, позволяющие рядом бесспорных опытов отличить кри­ сталл от куска вещества, которому такая форма придана искусст­ венно. Также нетрудно узнать кристалл и в том случае, если его специфические признаки подавлены. Можно выточить шар из боль­ шого кристалла каменной соли. Если его растворять в воде, то уда­ ление вещества происходит неодинаково быстро во всех точках по­ верхности шара и случайная форма стремится перейти по мере раст-

ворения в форму многогранника, естественного для этого вещества. Совершенно однозначно можно отличить монокристалл от поли­ кристалла методом рентгеновского анализа.

Итак, естественно образовавшийся кристалл имеет форму мно­ гогранника. Как и всякий многогранник, кристалл имеет некоторое число граней р, ребер г и вершин е. Эти числа связаны соотно­ шением р-\-е=г-\-2. Например, у куба 6 граней, 8 вершин и 12 ребер.

Грани на кристаллах располагаются поясами или зонами. Зоной называется система граней, пересекающихся по параллельным реб­ рам. Направление этих ребер называется осью зоны.

Кристаллы одного и того же вещества могут довольно сильно отличаться по форме, но уже очень давно известно, что для данного вещества характерными являются углы между гранями и ребрами (в зависимости от случайных обстоятельств одна часть кристалла могла развиться больше другой; видимая соразмерность частей может от этого нарушиться). Это важное правило, которое иногда называют законом постоянства углов, иллюстрируется рис. 248, на котором изображены четыре различных кристалла горного хрусталя (Si02 ). Мы видим, что число гра­

ней и их относительные размеры различны у разных образцов, но углы между соответственными (т.е. связанными одним и тем же эле­ ментом симметрии и обозначенными на рисунке буквой а) гранями и ребрами остаются неизменными.

§ 228. Пространственная решетка

В основу исследований кристал­ ла кладется следующее фундамен­ тальное утверждение: распределе­ ние вещества в кристалле может быть представлено трехмерной пе­ риодической функцией.

На рис. 249 изображен рисунок обоев. Имеется некоторый элемент этого рисунка, повторяющийся в двух направлениях. Выберем любую точку А рисунка, назовем ее узлом. Можно провести на рисунке систему линий, проходящих через выбран­ ные узлы. Элемент рисунка, повто­

рением которого строится он весь, заключается в ячейке возник­ шей сетки. Очевидно, зная ячейку, можно построить весь рисунок при помощи параллельных переносов на величину векторов ячейки

а и Ь.

Кристалл представляет собой не плоскую, а пространственную решетку. Элементом, строящим кристалл, является параллелепипед, построенный на трех векторах переноса (трансляциях) а, Ь, с, кото­

в системе координат, за оси которой приняты направления основ­ ных векторов. Различные способы выбора основных векторов, т. е. элементарной ячейки, иллюстрируются для двумерного случая

Рис. 250.

рис. 250. Элементарная ячейка в общем случае представляет собой косоугольный параллелепипед с ребрами а, Ь, с и углами а = Ь, с;

Поскольку задание элементарной ячейки определяет всю решетку,

где т, п, р — целые числа, нумерующие узлы по соответствующим осям и называемые индексами узлов. Совокупность трех индексов, характеризующих узел, называется символом узла и записывается в виде \\тпр]\.

Существует бесчисленное количество узловых плоскостей и узло­ вых прямых. Как узловые прямые, так и узловые плоскости пред­ ставлены в решетке бесконечными параллельными семействами.