Значение ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА в Большой советской энциклопедии, БСЭ

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА

яма в физике, ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её. Термин 'П. я.' происходит от вида графика, изображающего зависимость потенциальной энергии V частицы, находящейся в силовом поле, от её положения в пространстве (в случае одномерного движения - от координаты х; рис. 1 ). Такая форма зависимости V ( x )возникает в поле сил притяжения. Характеристики П. я. - ширина (расстояние, на котором проявляется действие сил притяжения) и глубина (равная разности потенциальных энергий частицы на 'краю' ямы и на её 'дне', соответствующем минимальной потенциальной энергии). Основное свойство П. я. - способность удерживать частицу, полная энергия E которой меньше глубины ямы V0 ; такая частица внутри П. я. будет находиться в связанном состоянии .

В классической механике частица с энергией E < V0 не сможет вылететь из П. я. и будет всё время двигаться в ограниченной области пространства внутри ямы; устойчивому равновесию отвечает положение частицы на 'дне' ямы (оно достигается при кинетической энергии частицы Екин E - V 0). Если же E > V0, то частица преодолеет действие сил притяжения и покинет яму. Примером может служить движение упругого шарика, находящегося в поле сил земного притяжения, в чашке с пологими стенками ( рис. 2 ).

В квантовой механике, в отличие от классической, энергия частицы, находящейся в связанном состоянии в П. я., может принимать лишь определённые дискретные значения, т. е. существуют дискретные уровни энергии (см., например, рис. 6 к ст. Квантовая механика ) . Однако такая дискретность уровней становится заметной лишь для систем, имеющих микроскопические размеры и массы. По порядку величины расстояние D E между уровнями энергии для частицы массы m в 'глубокой' яме ширины а определяется величиной D E ~/ma2 ( - Планка постоянная ) . Наинизший (основной) уровень энергии лежит выше 'дна' П. я. (см. Нулевая энергия ) . В П. я. малой глубины ( Vo £ /ma2 ) связанное состояние может вообще отсутствовать (так, протон и нейтрон с параллельными спинами не образуют связанной системы, несмотря на существование сил притяжения между ними).

Кроме того, согласно квантовой механике, частица, находящаяся в П. я. со 'стенками' конечной толщины (типа кратера вулкана), может покинуть П. я. за счёт туннельного эффекта даже в том случае, если её энергия меньше высоты ямы (ср. со ст. Потенциальный барьер ) .

Форма П. я. и её размеры (глубина и ширина) определяются физической природой взаимодействия частиц. Важный случай - кулоновская П. я., описывающая притяжение атомного электрона ядром. Понятие 'П. я.' широко применяется в атомной и молекулярной физике, а также в физике твёрдого тела и атомного ядра..

Лит. см. при статьях Квантовая механика , Ядро атомное , Твёрдое тело .

Большая советская энциклопедия, БСЭ.