катэлектротон — это… Что такое катэлектротон?



катэлектротон

(катод + электротон) физиологический феномен: повышение возбудимости и проводимости нерва или мышцы в области катода при прохождении через них постоянного тока.

Большой медицинский словарь. 2000.

• Катценштейна симптом
• Кауда симптом

Смотреть что такое «катэлектротон» в других словарях:

• катэлектротон — катэлектротон …   Орфографический словарь-справочник

• Катэлектротон —         изменение состояния нерва или др. возбудимой ткани, развивающееся в области Катода при воздействии на ткань постоянного тока. При этом изменяются проницаемость клеточных мембран и биоэлектрический потенциал, повышается возбудимость ткани …   Большая советская энциклопедия

• Катэлектротон

  — обозначает явление изменения раздражительности нервного волокна или мозга в сфере отрицательного полюса, т. е. катода, при действии на нервное вещество гальванического тока. Изменения эти сказываются, как показал Пфлюгер, повышением… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• катэлектротон — катэлектрот он, а …   Русский орфографический словарь

• катэлектротон — катэлектрото/н, а …   Слитно. Раздельно. Через дефис.

• Катэлектротон — – повышение возбудимости и проводимости нерва или мышцы в области катода при прохождении через них постоянного электрического тока …   Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных

• Вериго, Бронислав Фортунатович — физиолог; род. в 1860 г. Е 1877 г., по окончании Витебской гимназии, поступил в Петербургский университет на естественный факультет, который и кончил в 1882 г. В 1883 г. поступил в Военную медицинскую академию и, кончив в ней курс в 1886 г., был… …   Большая биографическая энциклопедия

• Электротон — (от Электро… и греч tonos напряжение)         изменение состояния нерва, мышцы и других возбудимых тканей, подвергаемых воздействию постоянного электрического тока. Впервые обнаружен в 1859 немецким физиологом Э. Пфлюгером, который показал, что …   Большая советская энциклопедия

• Вериго, Бронислав Фортунатович

  — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Вериго. Вериго, Бронислав Фортунатович Дата рождения: 14 февраля 1860(1860 02 14) Место рождения …   Википедия

• электротон — (электро + греч. tonos напряжение) в физиологии изменение возбудимости тканей и органов при прохождении через них постоянного электрического тока; различают анэлектротон, катэлектротон и католическую депрессию …   Большой медицинский словарь

катэлектротон — это… Что такое катэлектротон?



катэлектротон

1)

Biology: catelectrotonus, katelectrotonus

2) Physiology: cathelectrotonus

Универсальный русско-английский словарь. Академик.ру. 2011.

• катэлектрон
• катюша

Смотреть что такое «катэлектротон» в других словарях:

• катэлектротон — катэлектротон …   Орфографический словарь-справочник

• катэлектротон — (катод + электротон) физиологический феномен: повышение возбудимости и проводимости нерва или мышцы в области катода при прохождении через них постоянного тока …   Большой медицинский словарь

• Катэлектротон

  —         изменение состояния нерва или др. возбудимой ткани, развивающееся в области Катода при воздействии на ткань постоянного тока. При этом изменяются проницаемость клеточных мембран и биоэлектрический потенциал, повышается возбудимость ткани …   Большая советская энциклопедия

• Катэлектротон — обозначает явление изменения раздражительности нервного волокна или мозга в сфере отрицательного полюса, т. е. катода, при действии на нервное вещество гальванического тока. Изменения эти сказываются, как показал Пфлюгер, повышением… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• катэлектротон — катэлектрот он, а …   Русский орфографический словарь

• катэлектротон — катэлектрото/н, а …   Слитно. Раздельно. Через дефис.

• Катэлектротон — – повышение возбудимости и проводимости нерва или мышцы в области катода при прохождении через них постоянного электрического тока …   Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных

• Вериго, Бронислав Фортунатович — физиолог; род. в 1860 г. Е 1877 г., по окончании Витебской гимназии, поступил в Петербургский университет на естественный факультет, который и кончил в 1882 г. В 1883 г. поступил в Военную медицинскую академию и, кончив в ней курс в 1886 г., был… …   Большая биографическая энциклопедия

• Электротон — (от Электро… и греч tonos напряжение)         изменение состояния нерва, мышцы и других возбудимых тканей, подвергаемых воздействию постоянного электрического тока. Впервые обнаружен в 1859 немецким физиологом Э. Пфлюгером, который показал, что …   Большая советская энциклопедия

• Вериго, Бронислав Фортунатович — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Вериго. Вериго, Бронислав Фортунатович Дата рождения: 14 февраля 1860(1860 02 14) Место рождения …   Википедия

• электротон — (электро + греч. tonos напряжение) в физиологии изменение возбудимости тканей и органов при прохождении через них постоянного электрического тока; различают анэлектротон, катэлектротон и католическую депрессию …   Большой медицинский словарь

Физики лишили электрон заслуженного звания элементарной частицы

Недавно физики лишили электрон заслуженного звания элементарной частицы. Дело в том, что уже давно ученые предполагали, что в особых ситуациях электрон может распадаться на три составляющих — холон, спинон и орбитон. Возможность раздельного существования холона и спинона была доказана шесть лет назад. А нынче ученым удалось «отделить» орбитон.

 

Еще в позапрошлом веке многие ученые испытали шок — атом, который прежде представлялся единым и неделимым (собственно, говоря, само слово «атом» переводится с греческого как «неделимый»), вдруг оказался составным, то есть состоящим из более мелких частиц. Их ученые на всякий случай назвали элементарными — такое название подразумевало, что они-то уж точно неделимы. Однако счастье длилось, увы, недолго — в ХХ веке большинство обнаруженных прежде частиц стали терять гордое звание «элементарные».

Началось все с протона и нейтрона — частиц, что составляют атомное ядро. Было доказано, что они состоят из более мелких частиц, которые называются кварки. Получается, что раз они составные, то значит все же не элементарные. А вот электрону повезло больше — он носил это гордое имя дольше, чем любая атомная частица. Но, в конце концов, и он был вынужден покинуть ряды элементарных частиц.

Дело в том, что еще примерно полвека назад физики предсказали возможность разделения электрона на три квазичастицы (о том, что это такое, читайте в статье «Мы будем общаться, как герои «Звездных войн») — холон, спинон и орбитон. Причем первая из них будет переносить заряд электрона, другая — его спин (момент импульса), а третья вообще является квантом орбитальной волны электрона, то есть переносит его орбитальное взаимодействие с другими электронами и ядром. Правда, проявляются эти три квазичастицы не всегда, когда электрон того пожелает, а лишь в особых условиях. Например, в пределах одномерных цепочек атомов, стоящих очень близко друг к другу (такое часто бывает в углеродных нанотрубках).

 

Сразу хочу заметить, что электрон вовсе не распадается на эти частицы так, как протон или нейтрон на кварки. То есть даже в нанотрубках не происходит такого, что при взаимодействии с близко расположенными электронами других атомов, какой-то конкретный электрон (для удобства представим его как шарик) вдруг развалился на три более мелких шарика. Причем один из них сохранил заряд электрона, другой вертится вокруг своей оси так же, как электрон (сохранил спин), а третий движется по той же орбите, что и электрон (сохранил орбитальные взаимодействия).

На самом деле электрон, конечно же, ни на какие частицы не разваливается. Просто при сближении друг с другом в пределах одномерной цепочки электроны соседних атомов начинают взаимодействовать друг с другом особым образом. И это взаимодействие можно описать не исходя из свойств самих электронов, а представив себе, что их осуществляют три гипотетические частицы — те самые холон, спинон и орбитон. В частности, уже давно было экспериментально показано, что в таких взаимодействиях изменения заряда не связаны с изменением спина.

Но как такое возможно? Представьте себе, что атомы стоят настолько плотно, что электроны образовали так называемый вигнеровский кристалл — то есть компактную упорядоченную структуру вроде кристаллической решетки. При этом в узлах данной решетки возникнут коллективные колебания электронов (как это происходит с узловыми частицами любого кристалла). Но данные колебания обязательно будут сопровождаться переносом заряда. В этом случае можно говорить о возникновении квазичастицы холона.

 

В то же время электроны в цепочке обладают спином, и, соответственно, между ними существует некоторое спин-спиновое взаимодействие. А поскольку все электроны стоят вплотную друг к другу, логично предположить, что если мы перевернем один из спинов, то по цепочке побежит спиновое возмущение. И оно вовсе не будет сопровождаться переносом заряда. В данном случае мы имеем дело с другой квазичастицей — спиноном.

То, о чем мы сейчас беседовали, представляет собой мысленный эксперимент, проведенный физиками еще в 90-х годах прошлого века. А вот добиться возникновения спинона и холона в реальности удалось не так давно — в 2006 году. Тогда группа ученых во главе с Ким Чанюном из университета Енсей в Сеуле (Республика Корея), Эли Ротенберг и Шень Чжи Сюнем из Стэнфордского университета сообщила об обнаружении четких спектральных сигналов спинонов и холонов в одномерных образцах SrCuO2. Следует заметить, что это вещество весьма своеобразно — по своим свойствам оно скорее металл, но при этом данный материал не проводит электричество из-за постоянного электрон-электронного взаимодействия. Так что разделить спинон и холон решили именно там.

Используемая физиками методика фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением ARPES состояла в том, что образец облучался рентгеновскими лучами, вызывающими эмиссию электронов (что также известно как фотоэффект). Измерение кинетической энергии испускаемых электронов и углов, под которыми они вылетают, позволяет вычислить их скорость и степень рассеяния. Это в свою очередь дает детальную картину энергетического спектра электрона.

А поскольку известно, что удаление электрона приводит к образованию положительно заряженной «дырки», которая несет информацию как о спине, так и о заряде, то следует фиксировать именно ее образование. Это самое образование «дырки» проявляется в виде одного пика спектра ARPES. Если происходит разделение заряда и спина, «дырка» распадается на спинон и холон, и в спектре ARPES появляются два пика. Именно эти два пика и зафиксировали ученые. Таким образом возможность независимого существования спинона и холона была доказана.

Недавно же другая группа физиков из Германии, Швейцарии, Франции и Нидерландов под руководством госпожи Джастин Шлаппа смогла «отделить» орбитон. «Подопытным кроликом» выступил все тот же SrCuO2. А вот методика была уже другая — так называемое неупругое рассеяние частиц (RIXS). Она заключалась в том, что образец бомбардировали быстрыми частицами. Это приводило электроны в возбужденное состояние и одновременно исследователи могли отмечать расположение и конфигурацию их спинов.

Измерив же спины и орбитальные угловые моменты (он характеризует движение частицы по орбитали вокруг ядра) электронов, исследователи поняли, что орбитон и спинон существуют одновременно. Дело в том, что изменение спина и орбитального углового момента не совпадали — а это значит, что спинон и орбитон передвигаются вдоль Sr2CuO3 с разной скоростью. То есть это отдельные квазичастицы.

Итак, существование орбитона наконец-то экспериментально подтверждено, и из-за этого электрон окончательно лишился почетного звания элементарной частицы. Однако эксперимент ученых сводился вовсе не к исправлению терминологии — орбитон и сам по себе представляет немалую ценность. Например, его существование может объяснить некоторые аномалии высокотемпературных сверхпроводников — почему в них возникает сверхпроводимость в таких условиях, в каких вроде бы не должна возникать.

Кроме того, движение орбитонов и спинонов можно будет использовать при создании квантовых компьютеров — эти квазичастицы двигаются настолько быстро, что их перемещение от одной квантовой точки к другой занимает фемтосекунды. А значит, перенос информации будет почти что мгновенный…

Читайте самое интересное в рубрике «Наука и техника»

Квантовая азбука: «Зоопарк квазичастиц»

Квантовый мир очень далек от нашего, поэтому его законы часто кажутся нам странными и контринтуитивными. Однако важные новости из квантовой физики приходят буквально каждый день, так что иметь о них правильное представление сейчас необходимо — иначе работа физиков в наших глазах превращается из науки в магию и обрастает мифами. Мы уже говорили о квантовых компьютерах, нелокальности, квантовой телепортации и когерентности. Сегодня речь пойдет про еще один странный объект — квазичастицы.

Квазичастиц, на самом деле, очень много. Поэтому для первого знакомства мы решили так: чтобы проще было разобраться в теме, мы попросили профессора Саутгемптонского университета и руководителя научной группы «Квантовая поляритоника» Российского квантового центра Алексея Кавокина коротко рассказать о семи самых занятных, по его мнению, квазичастицах. Рассказ Алексей сопроводил очень полезными и информативными иллюстрациями, главные герои которых, коты.

Чем квазичастицы отличаются от частиц? Тем, что они сидят в клетке и не могут выйти. Квазичастицы придумал Лев Ландау, чтобы упростить описание многочастичных физических процессов, происходящих в кристаллах. Вместо того, чтобы решать миллиарды уравнений, описывающих движение атомов и электронов в кристаллической решетке, оказалось достаточным записать всего несколько уравнений для придуманных частиц — квазичастиц — которые движутся по кристаллу, как по пустому пространству, не замечая отдельных атомов или ионов. Обладая полной свободой внутри кристалла, квазичастицы не могут выйти наружу. Те из них, которые решатся выглянуть за пределы кристаллической решетки, должны будут резко поменять свои свойства и превратиться в обычные частицы — электроны, ионы, фотоны.

Электрон

Чем отличается электрон-квазичастица от электрона-элементарной частицы? Отличие в массе. Распространяясь в кристаллической решетке, электрон становится легче. Говоря более строго: электрон-квазичастица описывается эффективной массой, которая зависит от параметров кристаллической решетки. В некоторых полупроводниковых кристаллах эффективная масса электрона бывает в 10 и даже 20 раз меньше массы свободного электрона. Более того, в графене — двумерном кристалле, состоящем из атомов углерода, построенных в форме пчелиных сот — некоторые из электронов-квазичастиц вообще не имеет массы. Все такие электроны летают с одинаковой по величине скоростью.

Дырка

Дырки похожи на пузырьки воздуха в воде. Вместо воды в кристалле электроны. Пустые места, где нет электронов — это дырки. Так же, как пузырьки газа, они всплывают наверх, на поверхность электронного моря, которая в кристалле называется поверхностью Ферми. Масса дырки отрицательная — именно поэтому она всплывает, а не тонет. Дырка имеет электрический заряд, равный заряду электрона, однако имеющий противоположный знак. Вы спросите: как же пустое место может иметь электрический заряд? Представьте, что все пространство заполнено отрицательно заряженной водой. Что надо сделать, чтобы в маленьком выделенном объеме заряд стал нулевым? Ответ: надо добавить в этот объем столько положительных зарядов, сколько в нем было отрицательных. Положительный заряд дырки компенсирует отрицательный заряд электронной жидкости.

Экситон

Экситон похож на атом водорода. В атоме водорода отрицательно заряженный электрон (элементарная частица) крутится вокруг положительно заряженного протона. В экситоне отрицательно заряженный электрон (квазичастица) крутится вокруг положительно заряженной дырки. Концепцию экситона развил в 1920-е годы советский ученый Яков Френкель. Экспериментально обнаружил экситоны другой отечественный ученый, Евгений Гросс, в 1952 году. Из-за того, что электрон и дырка в кристалле гораздо легче электрона и протона в атоме водорода, а взаимодействие между квазичастицами ослаблено в кристаллической среде, экситоны получаются очень большими: характерный размер экситона может в сотни раз превышать размер атома. Также, в отличие от атома водорода, экситон не вечен. Его время жизни обычно не превышает одной миллиардной доли секунды. По истечении этого времени пузырек воздуха заполняется водой: электрон и дырка рекомбинируют. Исчезая, экситон передает свою энергию кристаллической решетке или излучает квант света — фотон. Детектируя свет, излученный экситонами, мы получаем информацию об их строении и свойствах.

Фотон

Фотон — это квант света. Проходя через кристаллическую решетку, фотоны меняют свои свойства. Если в пустоте все фотоны летят с одинаковой скоростью — скоростью света — то в кристалле многие из них замедляются и даже останавливаются. Это явление называется «медленный свет». Взаимодействуя с экситонами, свет начинает вести себя как жидкость: он формирует капли, водовороты, стоячие волны, водопады. Свет можно направлять через каналы, менять его траекторию, скорость, поляризацию. Некоторые теоретики даже считают, что свет можно заморозить. Фотоны, распространяющиеся в кристалле, — это квазичастицы. Их свойства отличаются от свойств их собратьев, летящих в пустоте. Например, в пустоте фотон не имеет массы, а в кристалле у него появляется масса.

Фонон

Фононы — это кванты колебаний кристаллической решетки. Концепция фонона была разработана советским физиком Игорем Таммом. Фононы возникают из-за того, что ионы, составляющие решетку кристалла, не стоят на месте, а колеблются вблизи своих равновесных положений. Такие колебания складываются в волны. На языке квазичастиц, распространение колебаний решетки эквивалентно потоку фононов. Фононы переносят звук, вносят значительный вклад в теплопроводность, отвечают за образование других квазичастиц — куперовских пар.

Куперовская пара

При низких температурах в некоторых металлах наблюдается сверхпроводимость — распространение электрического тока без сопротивления. Понять, как возникает это интересное явление, можно на примере двух самолетов, летающих друг за другом по кругу. Самолеты — электроны. В металле, как правило, они носятся с огромными скоростями (скорость Ферми). Пролетая через кристаллическую решетку, электрон испускает фонон — медленную квазичастицу, парашютиста. Через некоторое время другой самолет подбирает парашютиста и выбрасывает его вновь. Два электрона обмениваются фононами, находясь на достаточно большом расстоянии друг от друга. Фононный механизм притяжения оказывается более эффективным, чем отталкивание квазичастиц, имеющих одинаковый электрический заряд. Сформированные таким образом пары электронов — куперовские пары — обладают необычным свойством: они любят двигаться с одинаковой скоростью. Это и приводит к сверхпроводимости. Представьте себе множество автомобилей на шоссе. Если бы все они двигались с одинаковой скоростью, пробок бы не было. Так и поток куперовских пар распространяется без сопротивления.

Плазмон

Электроны в кристалле ведут себя примерно так же, как вода в озере. Под действием ветра на поверхности озера образуются волны, которые накатывают то на один берег озера, то на другой. Ветер — свет. Волны на поверхности электронной жидкости — плазмоны. Кристалл, как целое, электрически нейтрален. Смещение отрицательно заряженной электронной жидкости (плазмы) относительно положительно заряженной кристаллической решетки приводит колебаниям электрической поляризации. Эти колебания могут индуцироваться светом соответствующей частоты. Взаимодействие света с электронной плазмой позволяет передавать информацию. Это взаимодействие используется в сверхточных микроскопах. Кроме того, благодаря плазмонам можно менять цвет предметов. Цветные стекла в средневековых витражах — тому пример.

Элементарные частицы. Тайны природы, которые нам предстоит открыть — Нож

В конце XVIII — начале XIX века физики были твердо убеждены, что в их науке больше нечего исследовать и никаких прорывов в ней не предвидится. Однако прошло всего полвека, и в научных журналах стали появляться статьи, описывавшие необъяснимые результаты экспериментов. То Рентген откроет лучи, которые проникают через стекло и отклоняются в магнитном поле, то Беккерель засветит фотопластинку минералом урана… Эти явления заставили людей задуматься о том, что атомный мир намного сложнее, чем они думали.

Самой первой частицей, о которой узнали физики, стал электрон. Это понятие ввел еще в конце XIX века британский ученый Джордж Стоуни, чтобы описать перенос заряда в электрохимических процессах. А в 1897 году Джозеф Томсон, исследуя «катодные лучи», выяснил, что они состоят из частиц, обладающих также и волновыми свойствами.

Свойства волны и частицы во многом противоположны. Например, частица, ударяясь о препятствие, отскакивает, а волна может его огибать. Показателен в этом плане эксперимент Томаса Юнга, в котором ученый пропускал свет через две узкие щели. Казалось бы, если фотоны (еще одна элементарная частица, квант света) — это частицы, то они должны проходить через щель и оставлять на экране за ней две полосы. Но оказалось, что полос гораздо больше! Всё это легко объяснимо, если принять, что фотон — это волна, а волнам свойственно огибать препятствия (это явление называется дифракцией). Как рябь на воде огибает камень, так и электромагнитные волны могут «обходить» встречающиеся на их пути преграды.

Какие бывают элементарные частицы

После открытия электрона ученые ввели в картину мира фотон и остальные бозоны, дополнили список лептонов и открыли кварки.

С каждым витком развития науки люди стремились поделить вещество на мельчайшие части, чтобы понять, как оно устроено. Оказалось, что вся материя, которая нас окружает, похожа на матрешку с четырьмя оболочками:

• то, что мы видим невооруженным глазом;
• молекулярная структура;
• атомная структура;
• элементарный уровень.

Последняя «оболочка» была открыта не так давно и на данный момент считается самой маленькой. Она включает в себя все элементарные или фундаментальные частицы.

Да, их очень много — но так даже интереснее. Со времен открытия электрона ученые обнаружили огромное количество фундаментальных частиц и разделили их на две большие группы: фермионы (от фамилии итальянского физика Энрико Ферми) и бозоны (в честь индийского физика Сатьендры Нат Бозе).

Все частицы Стандартной модели, собранные в подобие системы Менделеева. Справа — бозоны, слева — фермионы

Элементарные частицы, в отличие от атомов, — это не всегда реально существующие объекты. Это, скорее, модели, созданные для описания разных видов взаимодействий и свойств материи.

Например, электромагнитное взаимодействие передается с помощью фотонов, ядро атома находится в стабильном состоянии благодаря мезонам — частицам, удерживающим протоны и нейтроны.

Физики выделяют разные виды взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное) и типы материи (атомы, антиматерия, темная материя, излучения). Чтобы изучить их свойства, нужно подробно описать их природу.

Во второй половине ХХ века группа ученых создала теорию под названием «Стандартная модель». Она помогла систематизировать большое количество открытых на тот момент элементарных частиц и соотнести каждую со своим видом материи или взаимодействия. Сейчас эта теория считается завершенной и включает 17 видов элементарных частиц, вместе описывающих 3 фундаментальных взаимодействия и некоторую часть известных видов материи. Однако Стандартная модель описывает далеко не всё. Например, в ее рамках нельзя описать силу гравитации, и ученые до сих пор ломают голову над тем, как бы ее объяснить.

Чтобы разобраться в мире элементарных частиц, мы расскажем обо всех 17 частицах Стандартной модели, разделив их на две большие группы: фермионы и бозоны.

I. Фермионы

В этот класс входят 12 обычных частиц и столько же античастиц. Они противоположны по заряду: например, античастица отрицательно заряженного электрона — это положительно заряженный позитрон.

Эти 12 частиц, в свою очередь, можно поделить на две группы по 6 штук: кварки и лептоны.

Как устроен атом

Атом состоит из ядра, в котором сосредоточено более 99 % его массы, и электронной оболочки, окружающей его, как облако. Электроны, составляющие внешнюю оболочку, — это элементарные частицы. Ядро же состоит из протонов и нейтронов (вместе они называются нуклонами). Протоны заряжены положительно, чтобы компенсировать отрицательный заряд электронов на внешней оболочке, а нейтроны, как следует из названия, вообще не имеют заряда и «склеивают» ядро, не давая ему распасться (как это происходит с радиоактивными элементами).

Долгое время протоны и нейтроны считались неделимыми, но они слишком большие для элементарных частиц. Позже ученые установили, что каждая из них состоит из трех кварков.

Кварки — любители ходить в парах

В отличие от электронов кварки не могут существовать в свободном состоянии и соединяются в пары. Эти пары называются мезонами — это частицы, которые перемещаются между протонами и нейтронами и удерживают ядро в стабильном состоянии. Три кварка образуют нуклоны — протон или нейтрон. Частицы, состоящие из четырех или пяти кварков, являются экзотическими и отчасти вызывают гравитационное взаимодействие между телами.

Лептоны — одиночки

Второй тип фермионов — лептоны, их свойства совершенно другие. Кварки не могут существовать поодиночке, а лептоны, наоборот, не могут соединяться (если это, конечно, не частица со своей античастицей: объединяясь, они исчезают, выделяя энергию).

Лептоны похожи на волков-одиночек, и самый влиятельный и могущественный среди них (прямо как волк с Уолл-стрит) — электрон, самый распространенный и наиболее изученный лептон.

Долгое время ученые не могли понять, в чем «сила» электрона. В конце концов они нашли этому одно разумное объяснение: электрон — это единственная стабильная заряженная частица из своего класса. Остальные 5 заряженных лептонов не существуют дольше 2 микросекунд: они либо распадаются на несколько более мелких частиц, либо, наоборот, соединяются в одну более крупную.

Нейтрино — неуловимые лептоны

Еще один вид лептонов — нейтрино, практически неуловимые частицы, которые движутся в космосе со скоростью света. Еще с середины ХХ века проводятся эксперименты, чтобы их поймать и изучить. Многое в этих «неуловимых» частицах уже исследовано, и ученые даже пытались создать коммуникацию с их помощью, но идея осталась лишь в планах. Нейтрино могут быть индикаторами различных процессов, происходящих в ядрах звезд. Например, в нашем Солнце протекает множество термоядерных реакций каждую секунду, и практически каждая такая реакция выделяет хотя бы одно нейтрино.

Нейтрино бывают нескольких видов: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Все эти названия взяты не с потолка.

Каждое нейтрино соответствует своему лептону (электрону, мюону, тау-лептону), так как напоминает его по своим квантовым характеристикам. Разные виды этих частиц, двигаясь совместно, могут переходить друг в друга — это называется нейтринной осцилляцией.

Итак, фермионы бывают двух видов: кварки и лептоны. Первые могут существовать только группами, а вторые — только по отдельности. Первые входят в состав ядер атомов, вторые — в состав электронных оболочек этих атомов.

А теперь мы переходим ко второй, не менее интересной группе элементарных частиц — бозонам. Готовы спорить, что она у вас на слуху благодаря одному известному ее представителю.

II. Бозоны

Невольно возникает вопрос: а чем фермионы отличаются от бозонов? Всё дело в квантовой характеристике — спи́не. У фермионов он дробный: чтобы при повороте в пространстве частица стала симметричной себе, надо повернуть ее больше чем на один полный оборот. А у бозонов спин целый — то есть либо они одинаковы, как ни крути, либо для совмещения самих с собой в пространстве их нужно повернуть на 180 или 360 градусов.

Спин обуславливает обменное взаимодействие элементарных частиц, когда между двумя одинаково заряженными частицами может возникать связь (это свойство исчезает при переходе к большим системам). Если по законам классической механики два электрона должны отталкиваться, то квантовая механика «разрешает» им находиться относительно близко друг от друга — на одной орбитали.

Траектории движения элементарных частиц, образующихся в результате столкновения двух протонов

Бозоны, слава богу, не делятся ни на какие группы. В Стандартной модели их выделяют всего пять: фотон, W-бозон, Z-бозон, глюон и бозон Хиггса. С фотоном мы уже знакомы, его функция — переносить электромагнитное возбуждение (то есть свет разного диапазона длин волн). W- и Z-бозоны — это своего рода волшебные палочки. W-бозоны переносят электрический заряд, понижая или повышая его у выбранной цели, и могут превращать один вид кварков в другой. Z-бозоны помогают передавать импульс и спин от одной частицы к другой при их столкновении.

Выделяют 8 типов глюонов.

Глюоны напоминают кварки и фотоны одновременно: их никогда не видели в свободном состоянии, они не имеют заряда и в теории не обладают массой. Глюоны отвечают за передачу между кварками квантовой характеристики, называемой цветом (общее с теми цветами, которые мы видим, — только название).

Последний тип — бозоны Хиггса — очень странная вещь. Они существовали лишь теоретически, их долго не могли обнаружить, однако в 2012 году это удалось сделать с помощью Большого адронного коллайдера (БАК).

Бозон Хиггса обуславливает массы всех элементарных частиц. Его открытие завершило Стандартную модель.

Она описывает 3 вида взаимодействий: электромагнитное, сильное (между нуклонами в ядре атома) и слабое, но ее нельзя считать Теорией всего, так как она не описывает, например, гравитационное взаимодействие, темную материю и энергию. Так что у физики большое и светлое будущее.

Итак, бозоны переносят различные виды взаимодействий. Они имеют целочисленный спин и различаются между собой массой и свойствами. Существование всех этих частиц ученые уже доказали с помощью БАК.

Составные частицы

Фермионы и бозоны — это лишь основа всей физики элементарных частиц. Соединяясь, они образуют что-то вроде молекул. Это очень похоже на химическую реакцию: две элементарные частицы могут соединяться друг с другом, как и химические вещества.

Самый известный вид составных частиц — адроны. Их делят на два вида: барионы и мезоны. Барионы — это частицы, состоящие из кварков, в том числе протоны и нейтроны; мезоны переносят взаимодействие между нуклонами в ядрах атомов.

Физика элементарных частиц невероятно разнообразна. Кроме перечисленных основных классов выделяют также квазичастицы («почти»-частицы), которые формально не существуют: человек придумал их для описания различных природных процессов. Кроме того, есть много гипотетических частиц, существование которых экспериментально не подтверждено.

---

Сегодня мы знаем Вселенную едва ли на 0,1 %. С помощью физики мы пытаемся расширить границы познания и описать всё, что нам непонятно. Но каждый новый шаг вперед всё труднее: если пять лет назад вы были на острие прогресса и понимали всё, что происходит в вашей науке, то сегодня она вас озадачит своей сложностью и запутанностью.

Однако сложность добавляет физике прелесть и очарование, которое притягивает новые пытливые умы. С помощью них мы, быть может, скоро создадим Теорию всего и постигнем все тайны мироздания.

А потом природа преподнесет нам сюрприз, и окажется, что всё, что мы знали, — полная туфта.

Эффект Оже — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

(a) Налетающий электрон (или фотон) создает вакансию на уровне 1s, и электрон из уровня 2s заполняет вакансию, при этом энергия передается на электрон 2p, который также покидает атом, в итоге образуются две вакансии на орбиталях 2s и 2p. (b) Показан тот же процесс с помощью спектроскопической нотации, KL1L2,3

Эффе́кт Оже́ (оже́-эффе́кт) — вылет электрона атомной оболочки вследствие безызлучательного перехода в атоме при снятии возбуждения, возникшего в результате образования по какой-либо причине на одной из внутренних оболочек вакансии. Вакансия может возникнуть при выбивании другого электрона рентгеновским или гамма-излучением, электронным ударом, а также в результате ядерных процессов — внутренней конверсии при переходе между уровнями ядра либо захвата электрона ядром (одного из видов бета-распада)^[1]. Данное явление было впервые обнаружено и опубликовано в 1922 году Лизой Мейтнер^[2]. Пьер Оже, имя которого получил эффект, независимо обнаружил его в 1923 на основе анализа экспериментов в камере Вильсона^[3].

Состояние положительного иона с вакансией, образовавшейся на внутренней электронной оболочке, неустойчиво, и электронная подсистема стремится минимизировать энергию возбуждения за счёт заполнения вакансии электроном с одного из вышележащих электронных уровней. Выделяющаяся при переходе на нижележащий уровень энергия может быть либо испущена в виде кванта характеристического рентгеновского излучения, либо передана третьему электрону, который вынужденно покидает атом. Первый процесс более вероятен при энергии связи электрона, превышающей 1 кэВ, второй — для лёгких атомов и энергии связи электрона, не превышающей 1 кэВ.

Второй процесс называют по имени его открывателя Пьера Оже — «эффектом Оже», а высвобождающийся при этом электрон, которому был передан избыток энергии, — оже-электроном. Кинетическая энергия оже-электрона не зависит от энергии возбуждающего излучения, а определяется структурой энергетических уровней атома. Спектр оже-электронов дискретен (в отличие от непрерывных спектров электронов, образующихся при бета-распаде ядер). Энергия связи E_св электрона, которому передаётся энергия возбуждения E_в при оже-процессе, должна быть меньше E_в. Кинетическая энергия оже-электрона равна разности энергии возбуждения и энергии связи: E_к = E_в − E_св. Типичные кинетические энергии оже-электронов для разных атомов и переходов составляют от десятков эВ до нескольких кэВ.

После вылета оже-электрона на его месте остаётся вакансия, поэтому оболочка всё ещё находится в возбуждённом состоянии (энергия остаточного возбуждения равна энергии связи вылетевшего оже-электрона). Вакансия, если она не на самом верхнем уровне, заполняется электроном с более высокой оболочки, а энергия уносится испусканием характеристического рентгеновского фотона или нового оже-электрона. Это происходит до тех пор, пока вакансии не перемещаются на самую верхнюю оболочку (в свободном атоме) либо не заполняются электронами из валентной зоны (когда атом находится в веществе). Свободный атом в результате перехода Оже, инициированного выбиванием электрона внешним излучением или эффектом внутренней конверсии, становится как минимум двухзарядным положительным ионом (первая ионизация — выбивание электрона, вторая — вылет оже-электрона). В результате эффекта Оже, инициированного электронным захватом, может образоваться однозарядный положительный ион (поскольку в результате электронного захвата заряд атомного ядра уменьшается на единицу).

Энергия вакансии может быть с ненулевой вероятностью передана любому из электронов с вышележащих уровней, поэтому спектр оже-электронов обычно состоит из множества линий. Среднее время τ от возникновения вакансии до её заполнения конечно (и мало́), поэтому оже-линии имеют конечную ширину ΔE ≈ ħ/τ ~ 1…10 эВ, соответствующую ширине распада Γ данного атомного состояния.

Оже-переходы в конденсированном веществе могут происходить вследствие заполнения вакансий электронами валентной зоны, в результате чего ширина оже-линий увеличивается, по сравнению с переходами в одиночных атомах. Оже-переходы могут происходить также в свободных молекулах. Молекулярный оже-спектр существенно сложнее оже-спектров одиночных атомов.

Особый случай оже-эффекта, в котором вакансия заполняется электроном внешнего подуровня той же оболочки, носит название перехода Костера — Кронига. В случае, когда и эмиттируемый электрон принадлежит к той же оболочке, эффект называют суперпереходом Костера — Кронига. Эффект Костера — Кронига был назван в честь открывших его нидерландских физиков Дирка Костера и Ральфа Кронига.

Применяется в оже-спектроскопии — методе, основанном на анализе распределения по энергии электронов, возникших в результате оже-эффекта.

• IUPAC Gold Book internet edition: «Auger electron».
• Meitner L. Über die Entstehung der β-Strahl-Spektren radioaktiver Substanzen (нем.) // Z. Physik. — 1922. — Bd. 9, H. 1. — S. 131—144. — doi:10.1007/BF01326962. — Bibcode: 1922ZPhy….9..131M.
• Auger P. Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons X (фр.) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences. — 1923. — Vol. 177, livr. 3. — P. 169—171.
• Duparc O. H. Pierre Auger – Lise Meitner: Comparative contributions to the Auger effect (англ.) // International Journal of Materials Research (formerly Zeitschrift fuer Metallkunde). — 2009. — Vol. 100, iss. 09. — P. 1162. — doi:10.3139/146.110163..
• Burhop E. H. S. The Auger Effect and Other Radiationless Transitions (англ.). — Cambridge Monographs on Physics, 1952.
• Chattarji D. The Theory of Auger Transitions (англ.). — London: Academic Press, 1976..

• Парилис Э. С. Эффект Оже. — Таш.: Фан, 1969. — 211 с.

10. Связь возбудимости с фазами потенциала действия

Уровень возбудимости клетки зависит от фазы ПД. В фазу локального ответа возбудимость возрастает. Это фазу возбудимости называют латентным дополнением.

В фазу реполяризации ПД, когда открываются все натриевые каналы и ионы натрия лавинообразно устремляются в клетку, никакой даже сверхсильный раздражитель не может стимулировать этот процесс. Поэтому фазе деполяризации соответствует фаза полной невозбудимости или абсолютной рефрактерности.

В фазе реполяризации все большая часть натриевых каналов закрывается. Однако они могут вновь открываться при действии сверхпорогового раздражителя. Т.е. возбудимость начинает вновь повышаться. Этому соответствует фаза относительной невозбудимости или относительной рефрактерности.

Во время следовой деполяризации МП находится у критического уровня, поэтому даже допороговые стимулы могут вызвать возбуждение клетки. Следовательно в этот момент ее возбудимость повышена. Эта фаза называется фазой экзальтации или супернормальной возбудимости.

В момент следовой гиперполяризации МП выше исходного уровня, т.е. дальше КУД и ее возбудимость снижена. Она находится в фазе субнормальной возбудимости. Следует отметить, что явление аккомодации также связано с изменением проводимости ионных каналов. Если деполяризующий ток нарастает медленно, то это приводит к частичной инактивации натриевых, и активации калиевых каналов. Поэтому развития ПД не происходит.

11. Полярный закон раздражения. Физиологический электротон.

Закон полярного действия постоянного тока(закон Пфлюгера): при замыкании тока возбуждение возникает под катодом, а при размыкании — под анодом. Прохождение постоянного электрического тока через нервное или мышечное волокно вызывает изменение мембранного потенциала покоя. Так, в области приложения к возбудимой ткани катода положительный потенциал на наружной стороне мембраны уменьшается, возникает деполяризация, которая быстро достигает критического уровня и вызывает возбуждение. В области же приложения анода положительный потенциал на наружной стороне мембраны возрастает, происходит гиперполяризация мембраны и возбуждение не возникает. Но при этом под анодом критический уровень деполяризации смещается к уровню потенциала покоя. Поэтому при размыкании цепи тока гиперполяризация на мембране исчезает и потенциал покоя, возвращаясь к исходной величине, достигает смещенного критического уровнями возникает возбуждение.

Закон физиологического электротона: действие постоянного тока на ткань сопровождается изменением ее возбудимости. При прохождении постоянного тока через нерв или мышцу порог раздражения под катодом и соседних с ним участках понижается вследствие деполяризации мембраны — возбудимость повышается. В области приложения анода происходит повышение порога раздражения, т. е. снижение возбудимости вследствие гиперполяризации мембраны. Эти изменения возбудимости под катодом и анодом получили название электротона (электротоническое изменение возбудимости). Повышение возбудимости под катодом называется катэлектротоном, а снижение возбудимости под анодом — анэлектротоном.

При дальнейшем действии постоянного тока первоначальное повышение возбудимости под катодом сменяется ее понижением, развивается так называемая катодическая депрессия. Первоначальное же снижение возбудимости под анодом сменяется ее повышением — анодная экзальтация. При этом в области приложения катода происходит инактивация натриевых каналов, а в области действия анода происходит снижение калиевой проницаемости и ослабление исходной инактивации натриевой проницаемости.