Е = hν = ħc/λ

В 1905г.А.Эйнштеин предложил рассматривать излучение как поток материальных частиц «квантов излучения» или «фотонов». Корпускулярные свойства он приписал самому излучению «…поглощается (или испускается) только целое число квантов, это следует из законов квантовой механики, применяемых к электромагнитному колебанию» [7]. Из отмеченных выше условий квантования электромагнитного излучения немедленно следует вывод:

Квантование идет только через целое число кванта действия – ħ. Квант действия не может принимать не целочисленные значения: 1/2ħ, 3/2ħ, 5/2ħ… и т.д.

При соблюдении этих условий порция энергии Е = ħν всегда будет целым кратным кванту действия – ħ. Поскольку минимально возможное целочисленное значение частоты излучения равно ν = 1Гц, можно определить минимально возможную энергию одиночного фотона: Е = ħν = 1,054∙10-27 эрг ·с×1Гц = 1.054∙10-27 эрг или минимальную энергию кванта в электронвольтах

Через эту величину квантуется энергия фотона, это квант энергии электромагнитного излучения. Зная минимально возможное значение по частоте, определим максимально возможную длину волны из известного соотношения:

Это значение длины волны численно равно скорости света и является максимально возможной длиной волны для электромагнитного излучения. Величину минимально возможной частоты определим из ниже следующих соображений. Поскольку максимально возможная длина волны численно равна скорости света, то ее обратная величина не может быть меньше минимально возможной короткой длины волны:

Из соотношения ν = с/l определится максимально возможная частота фотона:

Как видим, максимально возможная частота излучения численно равна квадрату скорости света, что находится в согласии с экспериментальными данными [8].

Таким образом, фотоны электромагнитного излучения могут иметь: частоту от ν = 1Гц, до ν = 8,987∙1020 Гц; длину волны от λ = 0,333∙10-10 cм до λ = 2,998∙1010 см; энергию от Е = 1,054∙10ˉ27 эрг до Е = 9,472∙10ˉ7 эрг (или в электронвольтах от Е = 6,582∙10ˉ¹6 эВ до Е = 0,591∙106 эВ). Располагая ключевыми параметрами электромагнитного излучения: граничные условия по частоте, длине волны и энергии одиночных фотонов, можно понять условия квантования по заряду.

УСЛОВИЯ КВАНТОВАНИЯ ЭНЕРГИИ И ЗАРЯДА

Как было показано выше, минимально возможная энергия электромагнитного излучения определяется минимальной частотой фотона. Численное значение в 1,054∙10ˉ27 эрг, или 6,582∙10ˉ16 эВ, являются квантами энергии. Максимально возможное численное значение частоты излучения может быть равным 8,987∙1020 Гц. При этой частоте энергия излучения составит 9,472∙10ˉ7 эрг, или 0,591∙106 эВ.

Из эксперимента известно, что рождение пар в сильном электромагнитном поле происходит, когда фотон имеет энергию более 1,022∙106 эВ. Поскольку энергия одиночного электрона 0,511∙106 эВ то в 1,022∙106 эВ содержится лишь энергия электрон–позитронной пары без энергии связи, выделившейся при образовании пары. Поэтому уравнение для энергии необходимой при образовании пары с учетом энергии связи запишется в таком виде: Еmax = 2ħν = 1,183∙106 эВ. Энергия, выделившаяся при образовании пары: 1,183∙106 эВ–1,022∙106 эВ = 0,161∙106 эВ. В отношении условий квантования заряда, естественно, напрашивается вопрос: а что квантовать, если фотон не несет заряда? Вполне разумно допустить, что фотон может нести два равных, но разноименных, электрических заряда. В этом случае становится понятным, откуда у вновь образовавшейся из фотона электрон–позитронной пары появляются два «целочисленных» электрических заряда равной величины, но разноименных по знаку.

Как правило, рассматривая рождение пар из фотона, вопрос о генезисе появления зарядов не обсуждается. Но «ниоткуда» они появиться не могут, должен быть реальный (а не виртуальный) источник их появления. Утверждается, что электрон–позитронная пара может быть образована и при столкновении двух фотонов, обладающих для этого достаточной энергией, но в этом случае заряды для вновь образованной пары могут быть переданы только от сталкивающихся фотонов.

Ранее, из соотношения Е = ħν, был определен квант энергии в 6,582∙10ˉ16 эВ. Этому кванту энергии должен соответствовать квант заряда, который может быть определен из следующих соображений. При энергии электрона в 5,110∙105 эВ заряд электрона (позитрона), за минусом энергии связи, составит 4,803∙10ˉ10 ед СГС.

Отношение энергии электрона к заряду электрона 105/10-10 = 1015, следовательно, численное значение кванта заряда электрона в 1015 раз меньше кванта энергии и составит (при частоте равной 1Гц ):

Для количественной оценки энергии и заряда электромагнитного излучения, в зависимости от частоты, необходимо учитывать, что фотон несет удвоенный электрический заряд (положительный и отрицательный). Поэтому уравнения для энергии и заряда будут иметь вид:

Е = 2 ħν ; (1) е = 2 е кв (2)

До настоящего времени существует мнение о том, что электромагнитное излучение и электромагнитное поле не несут электрических зарядов. Вот пара цитат по этому поводу: «…фотон не имеет ни электрического заряда, ни магнитного момента» [9]. «В высшей степени примечательно, что само электрическое поле не имеет электрического заряда и не испытывает поэтому действия электромагнитных сил; в этом отношении оно отличается от переносчиков других типов взаимодействий» [10]. Эта точка зрения существует до настоящего времени, так как нет инструмента и методики распознающей наличие полностью скомпенсированных электрических зарядов, присутствующих в электромагнитном излучении. И, тем не менее, поскольку электромагнитное излучение несет скомпенсированные электрические заряды, в виде квантов, то последние должны подчиняться закону сохранения алгебраической суммы электрических зарядов. В приложении приводится таблица № 1 с результатами количественного расчета электрического заряда и энергии электромагнитного излучения в зависимости от частоты излучения.

СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ

ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

В 1969 г Р. Фейнманом была предложена партонная модель, объясняющая различие в характере поведения сечений высоко энергетического упругого рассеяния и глубоко неупругого рассеяния электрона на протоне. Упругий процесс происходит как на протяженном объекте, а не упругий как на точечном. Фейнман объяснил это различие, предположив, что протон состоит из точечных частиц – партонов, которые проявляются лишь при больших переданных импульсах. Это свидетельствует о том, что все адроны состоят из субчастиц, имеющих малые размеры, как минимум на три - четыре порядка меньше размеров самого адрона. «Масса адрона не распределена равномерно по объему, а рассредоточена на отдельные точечные образования» [11]. Природу партонов и их число пока не удалось выяснить. Это могут быть мезоны и кварки или другие образования, но в данном случае важна точечность партонов. Многие исследователи склоняются к партонно–кварковой модели [11,29]. Фейнман и другие исследователи допускают возможность того, что в роли партонов могли бы выступить те или иные из ранее известных субъядерных частиц! Первыми кандидатами на эту роль были мезоны. Однако выяснилось, что партоны не проявляют свойств мезонов. Наиболее подходящими на роль партонов оказались гипотетические кварки [11].