Садовского эффект самодиффузия самоиндукция

Переход в полярную фазу может быть вызван либо смещением ионов (рис. 3), приводящим к изменению структур, либо упорядочением ориентации электрич. диполей, существо­вавших и в неполярной фазе. В нек-рых С. поляризация может возникать как вторичный эффект, сопровождающий перестройку структуры кристалла, не

Вблизи точки фазового перехода наблюдаются изменения в фононном спектре кристалла. Во многих кри­сталлах частота одного из оптич. колебаний крист. решётки сущест­венно уменьшается при приближении к T_c, особенно, если это фазовый переход второго рода.

Сегнетоэлектрич. материалы (моно­кристаллы, керамика, плёнки) ши­роко применяются в качестве материа­лов с большими значениями  (конденсаторы) и пьезоэлектрич. констант (см. Пьезоэлектрические материалы). Резкое изменение проводимости вбли­зи фазового перехода в нек-рых С. используется для контроля и измере­ния темп-ры. Большая величина пироэлектрич. констант позволяет ис­пользовать С. в детекторах эл.-магн. волн (от видимого диапазона до суб­миллиметрового). Благодаря сильной зависимости  от Е С. используют в нелинейных конденсаторах (в а р и к о н д а х). Зависимость показателя преломления n от Е обусловливает использование С. в качестве электрооптич. материалов.

• Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики, Л., 1971; Ж е л у д е в И. С., Ос­новы сегнетоэлектричества, М., 1973; Б л и н ц Р., Ж е к ш Б., Сегнетоэлект­рики и антисегнетоэлектрики, пер. с англ., М., 1975; Л а й н с М., Г л а с с Д., Сег­нетоэлектрики и родственные им материалы, пер. с англ., М., 1981; С т р у к о в Б. А., Сегнетоэлектричество, М., 1979.

СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИС­ТЕРЕЗИС, см. Гистерезис.

СЕКТОРНАЯ СКОРОСТЬ, величина, характеризующая скорость возраста­ния площади, к-рую ометает радиус-вектор r движу­щейся точки, про­ведённый в эту точку из нек-рого фиксированного центра О. Если за элементарный про­межуток времени dt площадь получает приращение da (рис.), то численно С. с. v_=d/dt.

Co скоростью точки v С. с. связана соотно­шением v_=vh/2, где h — длина пер­пендикуляра, опущенного из центра О на направление вектора v, т. е. С. с. равна ¹/₂ момента вектора скорости относительно центра О. С. с. можно представить в виде вектора v_=[rv]/2. Производная от С. с. по времени наз. секторным ускорением точки w_= [rw]/2, где w — ускорение точки.

Понятие «С. с.» играет важную роль при изучении движения под дейст­вием центральной силы, напр. силы тяготения; в этом случае С. с. ос­таётся величиной постоянной, что имеет место, напр., при движении планет (2-й закон Кеплера), искусств. спутников Земли (если силу тяготе­ния считать направленной к её цент­ру) и косм. летат. аппаратов. При движении точки по плоской кривой v_=¹/₂r²d/dt, где r и  — полярные координаты точки.

СЕКУНДА [от лат. secunda divisio — второе деление (первоначально гра­дуса, а затем и часа)] (с, s), 1) единица времени СИ. Различают атомную С., воспроизводимую цезиевыми эта­лонами частоты и времени, и эфемеридную С., размер к-рой свя­зан с периодом обращения Земли во­круг Солнца (определяется на осно­вании астр. наблюдений). 1с равна 9192631770 периодам излучения, соот­ветствующего энергетич. переходу ме­жду двумя уровнями сверхтонкой структуры осн. состояния атома це­зия ¹³³₅₅Cs (резолюция 13-й Генераль­ной конференции по мерам и весам, 1967). Гос. эталон времени и частоты СССР (включающий атомно-лучевую трубку с пучком атомов Cs и радио­устройство, дающее набор электрич. колебаний фиксированных частот) по­зволяет воспроизводить ед. времени и частоты с относит. погрешностью ±1•10^-11.

За эфемеридную С. при­нята 1/31556925,9747 доля тропич. года. Оценки ат. времени и эфемеридного времени совпадают с точностью 2•10^-9. 2) Звёздная С. равна 1/86400 звёздных суток, или 0,99726966 с. 3) Угловая С. (") — внесистемная еди­ница плоского угла. 1"= (1/3600)°=4,848137•10^-6 радиан.

СЕН-ВЕНАНА ПРИНЦИП в теории упругости, принцип, согласно к-рому уравновешенная система сил, прило­женная к к.-л. части поверхности однородного упругого тела, вызы­вает в нём напряжения, очень быстро убывающие по мере удаления от этой части и на расстояниях, существенно превышающих наибольший линейный размер области приложения нагру­зок, напряжения и деформации оказы­ваются пренебрежимо малыми. Сфор­мулирован франц. учёным А. Сен-Венаном (A. Saint- Venant) в 1855.

Согласно С.-В. п., если усилия, действующие на небольшую часть поверхности упругого тела, заменить др. статически эквивалентной системой усилий (т. е. системой, имеющей ту же равнодействующую и тот же мо­мент), действующей на ту же часть поверхности тела, то изменение в напряжённом состоянии произойдёт лишь в непосредств. близости к обла­сти приложения нагрузки. Это по­зволяет одни граничные условия (дей­ствующие силы) заменять другими (напр., более удобными для статич. расчёта) при условии, что гл. вектор и гл. момент новой заданной системы сил сохраняют прежние значения (ме­тод смягчения граничных условий). С.-В. п. применяется также при на­личии упругопластич. деформаций.

СЕНСИБИЛИЗИРОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, люминесценция, при к-рой энергия возбуждения поглоща­ется одними атомами (молекулами, ионами) в-ва и передаётся другим ч-цам, к-рые затем люминесцируют. При С. л. большую роль играют про­цессы переноса энергии от поглощаю­щих атомов к излучающим.

С. л. наблюдается как в газовых, так и в конденсированных средах. В последнем случае С. л. обусловлена введением в основное в-во помимо ак­тиваторов, являющихся центрами лю­минесценции, новых центров — сенси­билизаторов, что расширяет спектраль­ную область поглощения люминофора. К С. л. можно отнести и процессы, при к-рых поглощение происходит в основном в-ве люминофора, а излуче­ние — в примесных атомах или моле­кулах, получающих энергию от атомов основного в-ва. В этом случае, наряду с безызлучательным перено­сом энергии, она может передаваться в процессе рекомбинации разделённых зарядов (эл-нов и дырок) на примес­ных центрах. Интенсивность С. л.

675

О См. лит. при ст. Люминесценция.

СЕРОЕ ТЕЛО, тело, поглощения ко­эффициент к-рого меньше 1 и не за­висит от длины волны излучения  и абс. темп-ры Т. Коэфф. поглощения _,T (наз. также коэфф. черноты С. т.) всех реальных тел зависит от  (се­лективное поглощение) и Т, поэтому их можно считать серыми лишь в интервалах  и Т, где _,T прибл. постоянен. В видимой области спектра св-вами С. т. обладают каменный уголь _,T =0,80 при 400—900 К), сажа _,T =0,94—0,96 при 370— 470 К); платиновая и висмутовая черни поглощают и излучают как С. т. в наиб. широком интервале  — от видимого света до 25—30 мкм (_,T=0,93—0,99).

С. т. явл. источником т. н. серого излучения — теплового излучения, оди­накового по спектр. составу с излу­чением абсолютно чёрного тела, но отличающегося от него меньшей энер­гетич. яркостью. К серому излучению применимы законы излучения абсо­лютно чёрного тела — Планка за­кон излучения, Вина закон излучения, Рэлея — Джинса закон излучения. По­нятие «С. т.» применяется в оптич. пирометрии.

СЕЧЕНИЕ (эффективное сечение), величина, характеризующая вероят­ность перехода системы двух стал­кивающихся ч-ц в результате их рас­сеяния (упругого или неупругого) в определённое конечное состояние. С.  равно отношению числа dN таких переходов в ед. времени к плотности nv потока рассеиваемых ч-ц, падаю­щих на мишень, т. е. к числу ч-ц, проходящих в ед. времени через еди­ничную площадку, перпендикуляр­ную к их скорости v (n — плотность числа падающих ч-ц): a=dN/nv. Т. о., С. имеет размерность площади. Разл. типам переходов, наблюдаемых при рассеянии ч-ц, соответствуют разные С. Упругое рассеяние ч-ц характе­ризуют дифференциальным сечением d/d, равным отноше­нию числа ч-ц, упруго рассеянных в ед. времени в ед. телесного угла, к потоку падающих ч-ц (d— элемент телесного угла), и полным се­чением , равным интегралу дифф. сечения, взятому по полному телес­ному углу =4 стер. На рис. схе­матически изображён процесс упруго­го рассеяния точечных «классич.» ч-ц на шарике радиуса R₀ с «абсолютно жёсткой» поверхностью; полное С. рассеяния равно геом. сечению ша­рика: =R²₀.

При наличии неупругих процессов полное С. складывается из С. упругих и неупругих процессов. Для более детальной хар-ки рассеяния вводят С. для отд. типов (каналов) неупругих

реакций. Для множественных про­цессов важное значение имеют т. н. инклюзивные сечения, опи­сывающие вероятность появления в данном столкновении к.-л. определён­ной ч-цы или группы ч-ц.

Если вз-ствие между сталкивающи­мися ч-цами велико и быстро падает с увеличением расстояния, то С. по порядку величины, как правило, рав­но квадрату радиуса действия сил или геом. сечению системы (см. рис.);

Схема, поясняющая упругое рассеяние «классич.» ч-цы на «абсолютно твёрдом» ша­рике. Рассеянию на угол =- отвечает прицельный параметр =R₀sin(/2)=R₀cos(/2), а сечение d рассеяния в те­лесный угол d=2sind равно площади заштрихованного кольца: d=2d=(/2)R²₀sinid, т.е. дифф. сечение d/d=R²₀/4, а полное сечение упругого рассея­ния равно геом. сечению шарика: =R²₀. При учёте квант. (волн.) св-в ч-ц сечение получается иным. В предельном случае >>R₀ (=ћ/р — длина волны де Бройля ч-цы, р — её импульс) рассеяние сфериче­ски симметрично, а полное сечение в 4 раза больше классического: _кв=4R²₀. При <0 рассеяние на конечные углы (0) на­поминает классическое, однако под очень малыми углами ~/R₀ происходит вол­новое «дифракц.» рассеяние с сечением R²₀; т. о., полное сечение с учётом дифрак­ции вдвое больше классического: =2R²₀.

однако вследствие специфич. квантовомеханич. явлений С. могут сущест­венно отличаться от этих значений (напр., в случаях резонансного рас­сеяния и Рамзауэра эффекта).

Эксперим. измерения С. рассеяния дают сведения о структуре сталки­вающихся ч-ц. Так, измерения сече­ния упругого рассеяния -частиц ато­мами позволили открыть ат. ядро, а упругого рассеяния эл-нов нукло­нами — определить радиусы нуклонов и распределение в них электрич. заряда и магн. момента (т. н. эл.-магн. формфакторы). Понятие «С.» ис­пользуется также в кинетич. ур-ниях, описывающих неравновесные процес­сы в статистич. физике.

СЖАТИЕ, см. Растяжение.

СЖИМАЕМОСТЬ, способность в-ва изменять свой объём под действием всестороннего давления. С. обладают все в-ва. Если в-во в процессе сжатия не испытывает хим., структурных и др. изменений, то при возвращении внеш. давления к исходному значению нач. объём восстанавливается. Именно обратимое изменение занимаемого в-вом объёма V под равномерным гидростатич. давлением р и наз. обыч­но С. (объёмной упругостью). Величину С. характеризует коэфф. С. , к-рый выражает уменьшение единич­ного объёма (или плотности ) тела при увеличении р на единицу: =-(1/V)(V/p)=1/(/p), где V и  — изменения V и  при изменении р на величину p. K=1/ — мо­дуль объёмной упруго­сти (модуль объёмного сжатия, объ­ёмный модуль), для тв. тел К=EG/3(3G-E), где E - Юнга модуль, G — модуль сдвига. Для иде­альных газов К=р при любой темп-ре Т. В общем случае С. в-ва, а следо­вательно, К и  зависят от р и Т. Как правило,  убывает при увели­чении р и растёт с Т. Часто С. харак­теризуют относит. плотностью  = /₀, где ₀ — плотность при T=0°С и р=1 атм.

Сжатие может происходить как при пост. Т (изотермически), так и с одноврем. разогревом сжимаемого тела (напр., в адиабатном про­цессе). В последнем случае значе­ния К будут большими, чем при изотермич. сжатии (для большинства тв. тел при обычной Т — на неск. %).

Для оценки С. в-в в широком диа­пазоне р используют уравнения со­стояния, выражающие связь между р, V и Т. Определяют С. непосред­ственно по изменению V под давлением (см. Пьезометр), из акустич. изме­рений скорости распространения уп­ругих волн в в-ве. Эксперименты в ударной волне позволяют установить зависимость между  и р при макс. эксперим. полученных давлениях. С. находят также из измерений парамет­ров крист. решётки под давлением, производимых методами рентгенов­ского структурного анализа. С. можно определить, измеряя линейную де­формацию твёрдого тела под гидро­статич. давлением (по т. н. линейной С.). Для изотропного тела коэфф.

линейной С. (1/L)(L/p) ¹/₃, где L — линейный размер тела.

С. газов, будучи очень большой при р<1 кбар, по мере приближения их плотности к плотности жидкостей ста­новится близкой к С. жидкостей. Последняя с ростом р уменьшается сначала резко, а затем меняется весь­ма мало: в интервале 6—12 кбар  уменьшается примерно так же, как в интервале от 1 атм (10^-3 кбар) до 1 кбар (примерно в 2 раза), и при 10—12 кбар составляет 5—10% от начального значения. При 30—50 кбар модули К жидкостей по порядку величины близки к К твёрдых тел. Для твёрдых тел при 100 кбар /₀15—25%. Для отдельных в-в, напр. для щелочных металлов, /~40%, для большинства др. металлов — ~6—15%. Линейная С. анизотроп­ных в-в зависит от кристаллографич. направлений (во всяком случае до давлений в десятки кбар), причём вдоль направлений со слабым меж-

676

Знание С. газов (паров), жидкостей и твёрдых тел необходимо для рас­чёта работы тепловых машин, химико-технологич. процессов, действия взры­ва, аэро- и гидродинамич. эффектов, наблюдающихся при движении с боль­шими скоростями, и т. д.

• Варгафтик Н. Б., Справочник по теплофизическим свойствам газов и жид­костей, 2 изд., М., 1972; Таблицы физиче­ских величин. Справочник, под ред. И. К. Кикоина, М., 1976. См. также лит. при ст. Давление высокое.

Л. Д. Лившиц.

СИЛА в механике, мера механич. дей­ствия на данное материальное тело других тел. Это действие вызывает изменение скоростей точек тела или его деформацию и может иметь место как при непосредств. контакте (дав­ление прижатых друг к другу тел, трение), так и через посредство со­здаваемых телами полей (поле тяго­тения, электромагн. поле). С.— вели­чина векторная и в каждый момент времени она характеризуется числен­ным значением, направлением в про­странстве и точкой приложения; сло­жение сил производится по правилу параллелограмма сил. Прямая, вдоль к-рой направлены С., наз. линией действия С. Если тело можно рас­сматривать как недеформируемое (абс. твёрдое), то С. можно считать прило­женной и любой точке на её линии действия.

Измерение С. производят статич. или динамич. методами. Статич. ме­тод основан на уравновешивании из­меряемой С. другой, ранее известной. Динамич. метод основан на законе динамики mw=F, позволяющем, если известна масса m тела и измерено ускорение w его свободного поступат. движения относительно инерциальной системы отсчёта, найти силу F. Единицы измерения С.—1 ньютон (1 Н), равный С., к-рая сообщает мас­се в 1 кг ускорение 1 м/с², а также 1 дин =10^-5 Н и 1 кгс=9,81 Н.

С. М. Тарг.

СИЛА ЗВУКА, то же, что интенсив­ность звука.

СИЛА ИЗЛУЧЕНИЯ (энергетическая сила света), пространственно-угловая плотность потока излучения. Равна отношению потока излучения, рас­пространяющегося от источника внут­ри телесного угла, к величине этого телесного угла. Единица измерения С. и.— Вт/ср. В системе световых величин аналогом С. и. явл. сила света.

Л. Н. Капорский.

СИЛА ИНЕРЦИИ, векторная величи­на, численно равная произведению массы m материальной точки на её ускорение w и направленная проти­воположно ускорению. При криволи­нейном движении С. и. можно разло­жить на касательную, или тангенци­альную составляющую J_, направ­ленную противоположно касат. уско­рению w_ , и на нормальную состав­ляющую J_n, направленную вдоль нормали к траектории от центра кри­визны; численно J_=mw_, J_n=mv²/, где v — скорость точки,  — радиус кривизны траектории. При изучении движения по отношению к инерциальной системе отсчёта С. и. вводят для того, чтобы иметь формальную возможность составлять ур-ния ди­намики в форме более простых ур-ний статики (см. Д'Аламбера принцип). Понятие о С. и. вводится также при изучении относительного движения. В этом случае присоединение к дей­ствующим на материальную точку си­лам взаимодействия с др. телами С. и.— переносной J_пер и Кориолиса силы J_кор — позволяет составлять ур-ния движения этой точки в под­вижной (неинерциальной) системе от­счёта так же, как и в инерциальной.

СИЛА СВЕТА, одна из осн. световых величин, характеризующая свечение источника видимого излучения в нек-ром направлении. Равна отноше­нию светового потока, распространяю­щегося от источника внутри элем. те­лесного угла, содержащего данное на­правление, к этому телесному углу. Единица С. с. в Междунар. системе единиц (СИ) — кандела (кд). Понятие «С. с.» применимо на расстояниях от источника, намного превышающих его

размеры.

Д. Н. Лазарев.

СИЛА ТОКА, скалярная хар-ка электрического тока; равна отноше­нию заряда q, переносимого через сечение проводника за интервал вре­мени t, к этому интервалу: i=q/t. Единица С. т.— ампер. Для измерения С. т. используют амперметры.

СИЛА ТЯЖЕСТИ, сила Р, действу­ющая на любую материальную ча­стицу, находящуюся вблизи земной поверхности, и определяемая как геом. сумма силы при­тяжения Земли F (рис.) и перенос­ной силы инерции J_пер, учитывающей эффект суточного вращения Земли (аналогично опре­деляется понятие «С. т.» на др. не­бесных телах). В данной точке земной поверхности С. т. направлена верти­кально, а перпендикулярная к ней плоскость является горизонт. пло­скостью; углы  и  определяют соот­ветственно геоцентрич. и астрономич. широты.

Величина J_пер=mh² (где m — мас­са ч-цы, h — её расстояние от земной оси,  — угловая скорость вращения Земли) ввиду малости ² очень мала

по сравнению с F, поэтому С. т. мало отличается от силы притяжения Зем­ли. При перемещении вдоль поверх­ности Земли от полюса к экватору значение С. т. несколько убывает вследствие возрастания J_пер и умень­шения F из-за несферичности Земли; на экваторе С. т. примерно на 0,5% меньше, чем на полюсе. Разность между углами  и  тоже невелика (наибольшая около 11' при =45°). Под действием С. т. ч-ца получает ускорение g=P/m, наз. ускорени­ем силы тяжести, к-рое из­меняется с широтой так же, как С. т. Вес тела численно равен С. т.

Во всех точках области, размеры к-рой малы по сравнению с радиусом Земли, С. т. можно считать равными и параллельными друг другу, т. е. образующими однородное силовое по­ле. Действие С. т. существенно вли­яет почти на все явления и процессы, происходящие на Земле как в при­роде (включая живую), так и в тех­нике.

С. М. Тарг.

СИЛОВАЯ ОПТИКА, раздел оптики, в к-ром изучается воздействие на твёрдые среды интенсивных потоков оптического излучения (света), в ре­зультате к-рого может нарушаться механич. целостность этих сред. В оптотехнике под С. о. понимают оптич. устройства и системы, предназначен­ные для работы с интенсивными све­товыми потоками. С. о. развилась после появления лазеров в связи с использованием интенсивных свето­вых потоков для оптич. обработки материалов, а также с необходимостью создания формирующих и передающих оптич. систем, к-рые не теряют ра­ботоспособности при большой плот­ности энергии излучения.

В С. о. исследуют процессы выде­ления энергии в прозрачных (слабопоглощающих), поглоща­ющих и отражающих сре­дах, подвергающихся действию ин­тенсивных световых потоков, и ре­зультаты такого воздействия, а также определяют параметры излучения (плотность мощности, энергии, дли­тельность), при к-рых происходит разрушение того или иного типа (оп­тический пробой, плавление, испаре­ние, растрескивание). При этом су­ществ. значение могут иметь изме­нения оптич. хар-к в-ва в процессе воздействия лазерного излучения (напр., коэфф. отражения и показа­теля поглощения, возникновения са­мофокусировки света, появление по­глощения в продуктах световой эро­зии в-ва и др.). Определённые т. о. параметры излучения и режим его воздействия на в-во кладут в основу разработки лазерных установок для оптич. обработки материалов (сварка и резка, получение микроотверстий, изготовление элементов микроэлект­роники и т. д.). Для хар-ки работо-

677

9 Действие излучения большой мощ­ности на металлы, под ред. А. М. Бонч-Бруевича и М. А. Ельяшевича, М., 1970; Алешин И. В., И м а с Я. А., Комолов В. П., Оптическая прочность слабопоглощающих материалов, Л., 1974; Р э д и Дж., Действие мощного лазерного излучения, пер. с англ., М., 1974.

СИЛОВОЕ ПОЛЕ, часть пространства (ограниченная или неограниченная), в каждой точке к-рой на помещённую туда материальную ч-цу действует сила, величина и направление к-рой зависят либо только от координат х, у, z этой точки, либо от координат и от времени t. В первом случае С., п. наз. стационарным, а во вто­ром — нестационарным. Ес­ли сила во всех точках С. п. имеет одно и то же значение, т. е. не за­висит от координат, то С. п. наз. однородным.

С. п., в к-ром работа сил поля, дей­ствующих на перемещающуюся в нём материальную ч-цу, зависит только от начального и конечного положения ч-цы и не зависит от вида её траек­тории, наз. потенциальным. Эту работу можно выразить через потенциальную энергию ч-цы П (х, у, z):

A=П(x₁, y₁, z₁)-П(x₂, y₂, z₂),

где x₁, y₁, z₁ и х₂, y₂, z₂ — координа­ты начального и конечного положе­ний частицы соответственно. При движении ч-цы в потенциальном С. п. под действием только сил поля имеет место закон сохранения механич. энергии, позволяющий установить за­висимость между скоростью ч-цы и её положением в С. п.

Примеры С. п.; поле тяготения, электромагнитное поле и др. См. Поля физические.

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ, воображаемые линии, к-рые проводят для изображе­ния к.-л. силового поля (электрич., магн., гравитац.). С. л. располага­ются т. о., что касательные к ним в каждой точке пр-ва совпадают по направлению с вектором, характери­зующим данное поле (напряжённостью электрич. или гравитац. полей, магн. индукцией). Т. к. напряжённости полей и магн. индукция — однознач­ные ф-ции координат точки пр-ва, то через каждую точку может проходить только одна С. л. Густота С. л. обыч­но выбирается так, чтобы число С. л., проходящих через единичную пло­щадку, перпендикулярную к С. л., было пропорц. напряжённости поля (или магн. индукции) на этой площадке. Т. о., С. л. дают наглядную картину распределения поля в пр-ве: густота С. л. и их направление ха­рактеризуют величину и направление вектора напряжённости поля. С. л. электростатич. поля всегда не замк­нуты: они начинаются на положит. зарядах и оканчиваются на отрица­тельных (или уходят на бесконеч­ность). С. л. вектора магн. индукции всегда замкнуты, т. е. магн. поле явл. вихревым. Железные опилки, поме­щённые в магн. поле, выстраиваются вдоль С. л.; благодаря этому можно экспериментально определять вид С. л. магн. индукции. Вихревое электрич. поле, порождаемое изменяющимся магн. полем, также имеет замкнутые С. л. Впервые понятие «С. л.» для электрич. и магн. полей ввёл англ. учёный М. Фарадей.

СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, одно из четырёх фундам. вз-ствий элем. ч-ц. Три остальных вз-ствия — сла­бое, электромагнитное и гравитаци­онное — гораздо слабее С. в. В от­личие от двух последних, С. в. явл. короткодействующим: его радиус ~10^-13 см (ожидаемый радиус сла­бого вз-ствия ок. 2•10^-16 см).

В обычном стабильном в-ве при не слишком высокой темп-ре С. в. не вызывает никаких процессов и его роль сводится к созданию прочной связи между нуклонами в ядрах (энер­гия связи составляет в ср. ок. 8 МэВ на нуклон). Однако при столкнове­ниях ядер или нуклонов, обладаю­щих достаточно высокой энергией, С. в. приводит к многочисл. ядерным реакциям. Особенно важную роль в природе играют реакции слияния (тер­моядерного синтеза), в результате к-рых четыре нуклона объединяются в ядро гелия. Эти реакции (при су­ществ. участии также и слабого вз-ствия) идут на Солнце и явл. осн. источником используемой на Земле энергии. Начиная с энергий сталки­вающихся нуклонов порядка неск. сотен МэВ, С. в. приводит к рожде­нию -мезонов, а при ещё больших энергиях — к рождению странных ча­стиц (К-мезонов, гиперонов), «очаро­ванных» частиц, «красивых» частиц и множества мезонных и барионных резонансов. Все эти сильно взаимо­действующие ч-цы наз. адронами.

На опыте установлен ряд законо­мерностей С. в. и участвующих в нём ч-ц. Так, было обнаружено, что су­ществуют группы адронов с близки­ми св-вами — изотопические мультиплеты. Входящие в один такой мультиплет ч-цы имеют одина­ковые значения барионного заряда, странности, «очарования», «красоты», одинаковые спины, близкие (с точ­ностью от 0,1% до 3%) массы и отли­чаются лишь значениями электрич. зарядов. Напр., протон и нейтрон образуют изотопич. дуплет, а ⁺-, ⁰-, ^--мезоны — изотопич. триплет. С. в. обладает св-вом изотопической инвариантности; у всех ч-ц, входящих в один изотопич. мультиплет, С. в.

одинаково. Изотопич. инвариантность нарушается эл.-магн. вз-ствием и ма­лыми разностями масс ч-ц, принадле­жащих данному изотопич. мультиплету.

По мере обнаружения новых адро­нов (большинство адронных резонан­сов было открыто в 60-х гг.) выясни­лось, что изотопич. мультиплеты груп­пируются в ещё большие семейства — т. н. SU(3)-мультиплеты (см. Эле­ментарные частицы). Массы ч-ц, вхо­дящих в один такой мультиплет, раз­личаются довольно сильно. Это явл. одним из проявлений того, что SU(3)-симметрия, ответственная за комплек­тование SU(3)-мультиплетов, нару­шается сильнее, чем изотопич. инва­риантность.

В классификации адронов чётко проявляется и др. закономерность: ч-цы с данными барионным зарядом, странностью, изотопич. спином и электрич. зарядом, отличающиеся толь­ко значениями спина, также образуют семейства. Если по оси абсцисс от­кладывать квадраты масс ч-ц, М², а по оси ординат — значения их спи­нов J, то ч-цы, принадлежащие дан­ному семейству, располагаются на прямой линии: J~М². Такие линии, изображающие зависимость J от М², получили назв. траекторий Редже (см. Редже полюсов метод).

Процессы С. в. так же, как и про­цессы, обусловленные др. типами вз-ствий, подчиняются таким фундам. принципам, как причинность (см. При­чинности принцип) и перекрёстная симметрия (кроссинг-симметрия). Матем. следствием причинности явл. то, что амплитуды, описывающие про­цессы вз-ствия элем. ч-ц (сечение про­цесса пропорц. квадрату модуля ам­плитуды),— аналитич. ф-ции своих аргументов. Аналитичность амплитуд приводит, в частности, к дисперсион­ным соотношениям, связывающим меж­ду собой действнт. и мнимые части амплитуд (к-рые могут быть незави­симо измерены опытным путём). Кроссинг-симметрия заключается в том, что одна и та же аналитич. ф-ция при разл. значениях своих переменных описывает амплитуды неск. процес­сов, напр. ^-+р^-+р, ⁺+р⁺+р и р+р^~⁺+^-, к-рые полу­чаются один из другого путём пере­носа ч-цы из левой части реакции в правую (и наоборот) с одноврем. за­меной её на соответствующую антича­стицу. В результате св-ва амплитуды

процесса аннигиляции р+р^~⁺+^- имеют тесную связь со св-вами амплитуды рассеяния ^±-мезонов про­тонами. Аналогичные связи сущест­вуют и для др. реакций.

Подход, основанный на общих св-вах амплитуд процессов, особенно плодотворен при высоких энергиях, когда энергии сталкивающихся ч-ц много больше их энергий покоя mc (m — масса ч-цы). В области асимп­тотически больших энергий ξ

678

^полн(р^~р)=^полн(рр), ^полн(К⁺р) =^полн(K^-р), где ^полн(ab) обозна­чает полное сечение вз-ствия ч-ц а и b.

На опыте характерные значения полных сечений С. в. адронов при высоких энергиях лежат в области 20—25 мбарн для вз-ствия К- и -мезонов с нуклонами и 40—45 мбарн для вз-ствия нуклонов с нуклонами и обнаруживают тенденцию к медл. росту. Сечение упругого рассеяния составляет ок. ¹/₅ полного сечения.

При сближении адронов высоких энергий на расстояния порядка ра­диуса действия С. в. доминируют мно­жественные процессы. В этих условиях упругое рассеяние по своему хар-ру аналогично дифракции света на пол­ностью поглощающем («чёрном») или, точнее, частично прозрачном («тёмно-сером») шарике (с радиусом порядка радиуса действия С. в.). В частности, угл. распределение упруго рассеян­ных ч-ц имеет острый максимум вперёд (по направлению падающих ч-ц), по­добный максимуму при дифракц. рас­сеянии света. При этом характерные углы  составляют величину порядка /R, где  — длина волны де Бройля рассеиваемой ч-цы (=ћ/p, р — им­пульс ч-цы), а R — радиус нуклона (~10^-13 см).

Детальная теор. картина упругого рассеяния адронов, а также двух­частичных неупругих реакций (напр., реакции перезарядки ^-+р°+n) основывается на представлении о том, что в процессе рассеяния сталкиваю­щиеся ч-цы обмениваются своеобраз­ными адронными комплексами с пе­рем. спином и массой. Эти комплексы ведут себя как своего рода квазичастицы и наз. реджеонами. В ре­зультате устанавливается глубокая связь между процессами рассеяния и траекториями Редже. При этом ока­зывается, что радиус ч-цы (радиус «тёмно-серого» шарика) меняется с ростом энергии.

Как отмечалось, осн. доля процес­сов при высоких энергиях — мно­жеств. рождение ч-ц. Ср. множествен­ность (ср. число ч-ц, рождённых в одном столкновении) при энергиях в системе центра инерции (с. ц. и.) порядка десятков ГэВ равна прибл. 10—12 (в основном это -мезоны) и медленно растёт с ростом энергии (ок. 27 при энергии 540 ГэВ). Поперечные импульсы рождённых ч-ц практически не зависят от энергии сталкивающихся ч-ц и в основном составляют при­мерно 0,3—0,5 ГэВ/с. Этот факт, об­наруженный впервые при изучении космических лучей, был подтверждён опытами на ускорителях. Ч-цы с боль­шими поперечными импульсами (1ГэВ/с) рождаются очень редко, однако не так редко, как можно было бы ожидать, если бы нуклоны были абсолютно «рыхлыми» образованиями размером порядка 10^-13 см. Рождение ч-ц с большими поперечными импуль­сами подтверждает картину строения нуклона, полученную при исследо­вании глубоко неупругих процессов вз-ствия эл-нов и нейтрино с нук­лонами. Согласно этой картине, при больших передачах импульса нуклон ведёт себя как совокупность лёгких точечных (бесструктурных) ч-ц, полу­чивших назв. партонов. В реакциях множеств. рождения распределения вторичных ч-ц по продольным импуль­сам подобны при разл. энергиях столк­новения. Они совпадают друг с дру­гом, если использовать в кач-ве пере­менной отношение р/р_какс, где р — импульс вторичной ч-цы, а р_макс — её макс. возможный импульс при данной энергии сталкивающихся ч-ц. Такое поведение, когда распределения зависят от безразмерного параметра (р/p_макс), наз. с к е й л и н г о м Фейнмана (см. Масштабная ин­вариантность),

Законченная теория адронов и С. в. между ними пока отсутствует, однако имеется теория, к-рая, не являясь ни законченной, ни общепризнанной, позволяет объяснить осн. св-ва ад­ронов. Эта теория — квантовая хромодинамика, согласно к-рой адроны состоят из кварков (мезоны из кварка и антикварка, а барионы — из трёх кварков), а силы между кварками обусловлены обменом глюонами. Все обнаруженные адроны состоят из квар­ков пяти разл. типов («ароматов»): u, d, s, с, b.

Нуклоны и -мезоны содержат лишь и- и d-кварки, странные ч-цы содер­жат наряду с u и d также и s-кварки, «очарованные» ч-цы — с-кварки, а от­крытые в 1977 ипсилон-частицы (Г) — b-кварки. В сильном и эл.-магн. вз-ствиях «аромат» сохраняется, в слабом вз-ствии кварки одного типа («аромата») превращаются в кварки др. типа. В процессах С. в. сталки­вающиеся адроны могут обмениваться содержащимися в них кварками, и, кроме того, происходит также рож­дение и аннигиляция пар кварк-ан­тикварк (см. Квантовая теория поля).

Кварки обладают дробными элект­рич. зарядами Q: Q_u=Q_c=+²/₃, Q_d=Q_s=Q_b=-¹/₃ (в ед. элем. электрич. заряда е). Массы лёгких кварков u, d, s выражаются через массы - и К-мезонов, а массы с и b — соответственно через массы  частиц и -частиц. Теор. оценки дают: m_u~4 МэВ, m_d~7 МэВ, m_s~150 МэВ, m_с~1,3 ГэВ, m_b~4,5 ГэВ. Ожидают, что сущест­вуют ещё более тяжёлые кварки, t.

Свободные кварки, несмотря на тщат. поиски, не обнаружены. Согласно квант. .хромодинамике, кварки не могут быть освобождены из адронов: они находятся внутри адронов в области размером ~10^-13 см. Такое необычное поведение кварков (оно наз. англ. словом «конфайнмент» — заключение, пленение) связано со св-вами глюонов и с существованием ещё одного квант. числа — «цвет». Кварк каждого «аромата» может на­ходиться в трёх «цветовых» состоя­ниях, или обладать тремя разл. «ц в е т о в ы м и з а р я д а м и». Во всех наблюдаемых адронах «цветовые за­ряды» кварков в совокупности ком­пенсируются, так что «цветовые за­ряды» адронов равны нулю (обычно говорят, что адроны «бесцветные», «белые»). Подобно тому как электрич. заряд явл. источником фотонного по­ля, «цветовые заряды» явл. источ­никами глюонных полей. Имеется восемь разл. глюонов. Все они — без­массовые, электрически нейтр. ч-цы со спином 1 и отличаются друг от друга комбинациями «цветовых за­рядов». Наличие у глюонов «цвето­вых зарядов» делает их св-ва не­обычными. В частности, силы, обус­ловленные обменом глюонами, растут с ростом расстояния между двумя «цветовыми зарядами», что, по-види­мому, приводит в конечном счёте к «пленению» кварков внутри адронов (т. н. удержание «цвета»). «Пленён­ными» оказываются и сами глгюоны, так что свободных «цветных» частиц не существует.

«Цветовые заряды» кварков не за­висят от их «ароматов», и если бы массы всех кварков были одинаковы, то и массы адронов были бы вырож­дены по «ароматам». Напр., были бы одинаковые массы -, К- и D-мезонов. Малая величина разности масс u- и d-кварков по сравнению с их кинетич. энергиями внутри ад­ронов явл. причиной изотопич. ин­вариантности. Малая величина самих масс u- и d-кварков явл. причиной т. н. киральной инвариантности С. в. (см. Киральная симметрия).

Системы, состоящие из u-, d-, s-кварков, адекватно описывают ч-цы, входящие в известные мезонные и барионные SU(3)-мультиплеты. Если бы масса s-кварка была того же мас­штаба, что и массы u- и d-кварков, то SU(3)-симметрия С. в. была бы такой же хорошей симметрией, как и изотопич. инвариантность.

Когда адрон участвует в процессе, в к-ром он получает большой импульс (глубоко неупругое рассеяние, рож­дение ч-ц с большими поперечными импульсами), то осн. вз-ствие разы­грывается на малых расстояниях, глу­боко внутри адрона. Здесь С. в. квар­ков с глюонами, а следовательно, и кварков между собой ослабевает и на

679

Теория С. в. на малых расстояниях, связанная с асимптотич. свободой, практически завершена, но динамика вз-ствия на больших расстояниях и, в частности, механизм «пленения» поняты пока не столь хорошо. Здесь важную роль, по-видимому, играют глюонные флуктуации физ. вакуума (см. Инстантон). Возможно, что адроны явл. как бы пузырьками кваркового газа в плотном вакууме, создаваемом флуктуациями глюонного поля. Качественно такой вывод со­гласуется с описанием адронов на основе т. н. «модели мешков» (см. Квантовая теория поля).

Существует ряд теоретич. схем, в к-рых делается попытка создать еди­ную теорию сильного, слабого и эл.-магн. вз-ствий (т. н. «Великое объеди­нение»), В этих схемах на единой основе рассматриваются лептоны и кварки, промежуточные векторные бо­зоны, фотоны и глюоны.

• Фейнман Р., Взаимодействие фо­тонов с адронами, пер. с англ. M., 1975; Зельдович Я. Б., Классификация элементарных частиц и кварки «в изложении для пешеходов», «УФН», 1965, т. 86, в. 2; Мандельстам С., Растущие траекто­рии Редже и динамика резонансов, там же, 1970, т. 101, в. 3; Д р е л л С., Партоны и глубоко неупругие процессы при высоких энергиях, там же, 1972, т. 106, в. 2; Н а м 6 у И., Почему нет свободных кварков, там же, 1978, т. 124, в. 1; Г л э ш о у Ш., . Квар­ки с цветом и ароматом, там же, 1976, т. 119, в. 4; А з и м о в Я. И., Д о к ш и ц е р Ю. Л., Х о з е В. А., Глюоны, «УФН», 1980, т. 132, в. 3; Д р ё м и н И. М., О глюонных струях, там же, т. 131, в. 4; Вайнштейн А. И. [и др.], Чармоний и квантовая хромодинамика, там же, 1977 т. 123., в. 2.

СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫЙ ПОЛУ­ПРОВОДНИК, полупроводник с очень большой концентрацией примесей (или структурных дефектов крист. решёт­ки), когда расстояние между сосед­ними примесными атомами столь мало, что перекрываются их силовые поля и волновые функции локализованных вблизи них электронов. В результате в С. п. возникает примесная зона, сливающаяся с ближайшей к ней собств. зоной проводимости или валентной зоной. Потенциальная энергия ξ носителя заряда в С. п. зависит от ко­ординат сразу многих атомов примеси и из-за флуктуации в распределении примесных ато­мов оказывает­ся случайной величиной. Из-за наличия слу­чайного поля квазиимпульс р носителей не со­храняется, так что понятие дисперсии закона ξ(р) имеет смысл лишь на достаточно больших расстояниях от краёв зон.

В С. п. даже при Т=0 К электро­проводность 0. Плотность состоя­ний постепенно убывает в глубь за­прещённой зоны («хвост» плотности состояний), В С. п. возможно погло­щение света частоты <ξ_g/ћ, ξ_g— ширина запрещённой зоны. Коэфф. поглощения в этой области частот экс­поненциально убывает с ростом ве­личины ξ_g-ћ (п р а в и л о У р б а х а). При отсутствии компенсации (см. Компенсированный полупровод­ник) С. п. вырождены. С. п. исполь­зуются в туннельных диодах, светоэлектрических диодах, инжекционных лазерах, датчиках Холла, устойчивых к ядерному излучению, тензометрах и т. д.

• Ф и с т у л ь В. И., Сильно легиро­ванные полупроводники, М., 1967; Бонч-Бруевич В. Л., Вопросы электронной теории сильно легированных полупровод­ников, в кн.: Физика твердого тела, под ред. С. В. Тябликова, М., 1965 (Итоги науки. Физика); Электронная теория неупорядо­ченных полупроводников, М., 1981.

Э. М. Эпштейн.

СИЛЬНОТОЧНЫЕ УСКОРИТЕЛИ, устройства для получения мощных потоков заряженных ч-ц, создающих ток I>10⁴А при энергии ч-ц выше 10⁵ эВ. Характерным масштабом тока в теории С. у. принято считать вели­чину I₀=m₀с³/е=17кА, составленную из мировых констант: скорости света с, заряда электрона е и его массы покоя m₀. При токах, существенно превышающих это значение, собств. электромагн. поля электронного пуч­ка определяющим образом влияют на его динамику. Производной масштаб­ной величиной является мощность

W₀=m²₀c⁵/e²=8,7 ГВт.

С. у. содержит источник импульс­ного высокого напряжения и вакуум­ный диод (рис. 1). В большинстве С. у. первичное накопление энергии осу­ществляется в конденсаторах С при сравнительно низком напряжении (~100 кВ), после чего следует уве­личение напряжения на 1—2 порядка по схеме Аркадьева — Маркса (или с помощью импульсного трансформа­тора) и «обострение» импульса напря­жения в одном или неск. каскадах.

Ускорение электронов происходит в диоде под действием высокого на­пряжения до тех пор, пока диодный промежуток (размером от неск. мм до неск. см) не закоротится распро­страняющейся с электродов плазмой. Диоды С. у. работают в режиме огра­ничения тока пространств. зарядом. При относительно небольших напряжениях V в диоде с электродами в виде двух плоских дисков радиуса R, разделённых зазором d (рис. 2), течёт равномерно распределённый электрон­ный ток:

Если же ток столь велик, что ларморовский радиус электрона (см. Лармора прецессия) в собств. магн. поле, создаваемом пучком, мал по срав­нению с зазором d (рис. 2, б), то это поле обусловливает динамику пучка,

680

и ток определяется соотношением:

где 2V+1(MB) — полная энергия электронов в ед. энергии покоя m₀c². При этом эффективно эмиттирующие участки расположены по периферии катода, а ток на аноде сфокусирован в центр. пятно малого размера.

В существующих С. у. энергия ч-ц пучка ограничена (10—15 МэВ) труд­ностями высоковольтной техники. Дли­тельность импульса варьируется в диапазоне от 30 нс до 10 мкс. Нижний предел определяется возможностями формирования мощного импульса ус­коряющего напряжения, а верхний — конечным энергозапасом накопит. эле­мента и заполнением ускоряющего промежутка образующейся на элект­родах плазмой. Электронный пучок используется либо внутри диода, либо выводится в дрейфовое пространство через окно в аноде из тонкой фольги, прозрачной для электронов. Распро­странены также коаксиальные диоды с продольным магн. полем, вдоль к-рого распространяется пучок.

Для генерации ионных пучков анод диода делают из диэлектрика соот­ветствующего хим. состава. Эмиссия ионов происходит из плазмы под дей­ствием внеш. поля и поля пространств. заряда электронов (см. Ионная эмис­сия). Плазма образуется в результате электрич. пробоя анода вдоль его поверхности. Чтобы увеличить долю энергии, передаваемую в ионный пу­чок, ток электронов через диод дол­жен быть уменьшен при условии сохранения большого отрицат. про­странств. заряда. Для этого исполь­зуется либо магн. поле (т. н. диоды с магн. изоляцией, рис. 3, а), либо

• Смирнов В. П., Получение силь­ноточных пучков электронов, «ПТЭ», 1977, № 2, с. 7; Накопление и коммутация энер­гии больших плотностей, пер. с англ., М., 1979.

СИМЕНС (См, S), ед. СИ электрич. проводимости. Названа в честь нем. учёного Э. В. Сименса (Е. W. Sie­mens). 1 См равен электрич. проводи­мости проводника, имеющего сопро­тивление 1 Ом.

СИММЕТРИЯ (от греч. symmetria — соразмерность) законов физики. Если законы, устанавливающие соотноше­ние между величинами, характеризу­ющими физ. систему, или определя­ющие изменение этих величин со временем, не меняются при опреде­лённых операциях (преобразованиях), к-рым может быть подвергнута система, то говорят, что эти законы обладают С. (или инвариантны) относительно данных преобразований. В матем. отношении преобразования С. состав­ляют группу. Опыт показывает, что физ. законы симметричны относитель­но след. наиб. общих преобразований.