Голяма енциклопедия за нефт и газ. Елементарни частици

Цяла материален свят, според съвременната физика, е изградена от три елементарни частици: протон, неутрон и електрон. Освен това, според науката, във Вселената има и други „елементарни“ частици на материята, някои имена на които очевидно са повече от нормата. В същото време функцията на тези други „елементарни частици“ в съществуването и еволюцията на Вселената не е ясна.

Помислете за друга интерпретация на елементарните частици:

Има само един елементарна частицаматерията е протон. Всички други "елементарни частици", включително неутрона и електрона, са само производни на протона и играят много скромна роля в еволюцията на Вселената. Нека разгледаме как се образуват такива "елементарни частици".

Разгледахме подробно структурата на елементарна частица материя в статията "". Накратко за елементарната частица:

• Елементарна частица материя има формата на удължена нишка в пространството.
• Елементарна частица е способна да се разтяга. В процеса на разтягане плътността на материята вътре в елементарна частица пада.
• Секцията на елементарна частица, където плътността на материята пада наполовина, ние наричаме квант на материята .
• В процеса на движение елементарната частица непрекъснато поглъща (сгъва, ) енергия.
• Точка на поглъщане на енергия ( точка на анихилация ) е на върха на вектора на движение на елементарна частица.
• По-точно: на върха на активния квант на материята.
• Поглъщайки енергията, елементарната частица непрекъснато увеличава скоростта на своето движение напред.
• Елементарната частица на материята е дипол. При което силите на привличане са концентрирани в предната част (по посока на движение) на частицата, а силите на отблъскване са концентрирани в задната част.

Свойството да бъдеш елементарен в пространството теоретично означава възможността за намаляване на плътността на материята до нула. А това от своя страна означава възможността за нейното механично разкъсване: мястото на разкъсване на елементарна частица материя може да бъде представено като нейно сечение с нулева плътност на материята.

В процеса на анихилация (поглъщане на енергия) елементарна частица, сгъваща енергия, непрекъснато увеличава скоростта на транслационното си движение в пространството.

Еволюцията на галактиката в крайна сметка води елементарните частици на материята до момента, в който те стават способни да упражняват разкъсващ ефект една върху друга. Елементарните частици може да не се срещат на паралелни курсове, когато една частица се приближава към друга бавно и плавно, като кораб към кея. Те могат да се срещат в космоса и по противоположни траектории. Тогава силен сблъсък и в резултат на това счупване на елементарна частица е почти неизбежно. Те могат да попаднат под много мощна вълна на смущение на енергията, което също води до разкъсване.

Какви могат да бъдат "отломките", образувани в резултат на разкъсването на елементарна частица материя?

Нека разгледаме случая, когато в резултат на външно въздействие от елементарни частици на материята - деутериев атом - се разпадна на протон и неутрон.

Разкъсването на двойната структура не се случва на мястото на тяхното свързване -. Една от двете елементарни частици от двойната структура се счупва.

Протонът и неутронът се различават един от друг по своята структура.

• Протонът е леко скъсена (след прекъсване) елементарна частица,
• неутрон - структура, състояща се от една пълноценна елементарна частица и "пънче" - предният, лек връх на първата частица.

Пълноценната елементарна частица има пълен набор - "N" кванти на материята в състава си. Протонът има "N-n" кванти на материята. Неутронът има "N + n" кванти.

Поведението на протона е ясно. Дори след като загуби окончателните кванти на материята, той активно продължава енергията: плътността на материята на неговия нов краен квант винаги съответства на условията на анихилация. Този нов последен квант на материята се превръща в нова точка на унищожение. Като цяло протонът се държи според очакванията. Свойствата на протоните са добре описани във всеки учебник по физика. Само той ще стане малко по-лек от своя "пълноценен" колега - пълноценна елементарна частица материя.

Неутронът се държи по различен начин. Помислете първо за структурата на неутрона. Именно нейната структура обяснява нейната „странност“.

По същество неутронът се състои от две части. Първата част е пълноценна елементарна частица материя с точка на анихилация в предния й край. Втората част е силно скъсен, лек "пън" на първата елементарна частица, останал след разкъсването на двойната структура и също имащ точка на анихилация. Тези две части са свързани помежду си чрез точки на анихилация. По този начин неутронът има точка на двойна анихилация.

Логиката на мислене предполага, че тези две претеглени части на неврона ще се държат различно. Ако първата част, която е елементарна частица с пълно тегло, както се очаква, ще унищожи свободната енергия и постепенно ще се ускори в пространството на Вселената, тогава втората, лека част ще започне да унищожава свободната енергия с по-висока скорост.

Движението на елементарна частица материя в пространството се осъществява поради: дифузиращата енергия увлича частица, която е попаднала в нейните потоци. Ясно е, че колкото по-малко масивна е частицата от материята, толкова по-лесно е енергийните потоци да увличат тази частица заедно с нея, толкова по-висока е скоростта на тази частица. Ясно е, че какво голямо количествоенергията едновременно се нагъва от активен квант, колкото по-мощни са потоците от дифузна енергия, толкова по-лесно е тези потоци да увлекат частица заедно с тях. Получаваме зависимостта: Скоростта на транслационното движение на частица материя в пространството е пропорционална на масата на материята на нейния активен квант и е обратно пропорционална на общата маса на частицата материя :

Втората, лека част на неутрона има маса, която е много пъти по-малка от масата на елементарна частица материя с пълно тегло. Но масите на техните активни кванти са равни. Тоест: те унищожават енергията със същата скорост. Получаваме: скоростта на транслационното движение на втората част на неутрона ще има тенденция да се увеличава бързо и тя ще започне да унищожава енергията по-бързо. (За да не внасяме объркване, ще наречем втората, лека част от неутрона електрон).

чертеж на неутрон

Рязко нарастващото количество енергия, унищожена едновременно от електрон, докато е в състава на неутрон, води до инертност на неутрона. Електронът започва да унищожава повече енергия от своя "съсед" - пълноценна елементарна частица. Той все още не може да се откъсне от общата точка на анихилация на неутроните: мощни сили на привличане пречат. В резултат на това електронът започва да "яде" зад общата точка на анихилация.

В същото време електронът започва да се измества спрямо партньора си и неговата кондензация безплатна енергияпопада в обхвата на точката на анихилация на своя съсед. Което веднага започва да "изяжда" това удебеляване. Такова превключване на електрон и пълноценна частица към "вътрешни" ресурси - кондензацията на свободна енергия зад точката на анихилация - води до бързо спадане на силите на привличане и отблъскване на неутрона.

Откъсването на електрона от общата структура на неутрона настъпва в момента, когато изместването на електрона спрямо елементарна частица с пълно тегло стане достатъчно голямо, силата, която има тенденция да разкъса връзките на привличане на две точки на анихилация, започва да надвишава силата на привличане на тези точки на анихилация и втората, лека част на неутрона (електрона) бързо отлита.

В резултат на това неутронът се разпада на две единици: пълноценна елементарна частица - протон и лека, скъсена част от елементарна частица материя - електрон.

Според съвременните данни структурата на единичен неутрон съществува около петнадесет минути. След това спонтанно се разпада на протон и електрон. Тези петнадесет минути са времето на изместване на електрона спрямо общата точка на анихилация на неутрона и борбата му за неговата "свобода".

Нека обобщим някои резултати:

• ПРОТОН е пълноценна елементарна частица материя, с една точка на анихилация, или тежка част от елементарна частица материя, която остава след отделяне на светлинните кванти от нея.
• НЕУТРОН е двойна структура, която има две точки на анихилация и се състои от елементарна частица материя и лека, предна част от друга елементарна частица материя.
• ЕЛЕКТРОН - предната част на елементарната частица материя, която има една точка на анихилация, състояща се от светлинни кванти, образувани в резултат на разкъсването на елементарната частица материя.
• Структурата „протон-неутрон“, призната от науката, е ДЕУТЕРИЙ АТОМ, структура от две елементарни частици, която има точка на двойна анихилация.

Електронът не е независима елементарна частица, въртяща се около ядрото на атом.

Електронът, както смята науката, не е в състава на атома.

А ядрото на атома като такова не съществува в природата, както няма неутрон под формата на независима елементарна частица материя.

И електронът, и неутронът са производни на двойна структура от две елементарни частици, след като е разбита на две неравни части в резултат на външно влияние. В състава на атом на всеки химичен елемент, протон и неутрон са стандартна двойна структура - две елементарни частици с пълно тегло - два протона, обединени от точки на анихилация.

В съвременната физика има непоклатима позиция, че протонът и електронът имат равни, но противоположни електрически заряди. Твърди се, че в резултат на взаимодействието на тези противоположни заряди те се привличат един към друг. Доста логично обяснение. То отразява правилно механизма на явлението, но е напълно погрешно - неговата същност.

Елементарните частици нямат нито положителни, нито отрицателни „електрически“ заряди, както няма специална форма на материя под формата на „електрическо поле“. Такова "електричество" е изобретение на човека, причинено от неговата неспособност да обясни съществуващото състояние на нещата.

„Електрическото“ и електронът един към друг всъщност се създава от енергийни потоци, насочени към техните точки на анихилация, в резултат на тяхното движение напред в пространството на Вселената. Когато попаднат в зоната на действие на силите на привличане една на друга. Наистина изглежда като взаимодействие с еднакви по големина, но противоположни електрически заряди.

"подобни електрически заряди", например: два протона или два електрона също има различно обяснение. Отблъскването възниква, когато една от частиците навлезе в зоната на действие на отблъскващите сили на друга частица – тоест зоната на кондензация на енергия зад нейната точка на анихилация. Разгледахме това в предишна статия.

Взаимодействието "протон - антипротон", "електрон - позитрон" също има различно обяснение. Под такова взаимодействие разбираме взаимодействието на духа на протони или електрони, когато те се движат по курс на сблъсък. В този случай, поради взаимодействието им само чрез привличане (няма отблъскване, тъй като зоната на отблъскване на всеки от тях е зад тях), се получава техният твърд контакт. В резултат на това вместо два протона (електрони) получаваме напълно различни „елементарни частици“, които всъщност са производни на твърдото взаимодействие на тези два протона (електрони).

Атомната структура на веществата. Атомен модел

Помислете за структурата на атома.

Неутрон и електрон – като елементарни частици на материята – не съществуват. Това е, което обсъдихме по-горе. Съответно: няма ядро ​​на атом и неговата електронна обвивка. Тази грешка е мощна пречка за по-нататъшни изследвания на структурата на материята.

Единствената елементарна частица на материята е само протонът. Атомът на всеки химичен елемент се състои от сдвоени структури от две елементарни частици материя (с изключение на изотопи, където към сдвоената структура се добавят още елементарни частици).

За по-нататъшните ни разсъждения е необходимо да разгледаме концепцията за обща точка на унищожение.

Елементарните частици на материята взаимодействат помежду си чрез точки на анихилация. Това взаимодействие води до образуването на материални структури: атоми, молекули, физически тела... които имат обща точка на унищожаване на атоми, обща точка на унищожаване на молекули...

ОБЩА ТОЧКА НА АННИХИЛАЦИЯ - има обединение на две единични точки на унищожение на елементарни частици материя в обща точка на унищожение на двойна структура, или общи точки на анихилация на двойни структури в обща точка на унищожение на атом на химичен елемент, или обща точки на анихилация на атоми химични елементи– до общата точка на молекулярна анихилация.

Основното тук е, че обединението на частиците на материята действа като привличане и отблъскване като единен интегрален обект. В крайна сметка дори всяко физическо тяло може да бъде представено като обща точка на унищожение на това физическо тяло: това тяло привлича други физически тела към себе си като единен, интегрален физически обект, като единна точка на унищожение. В този случай получаваме гравитационни явления – привличане между физически тела.

Във фазата на цикъла на развитие на галактиката, когато силите на привличане станат достатъчно големи, започва обединяването на атомите на деутерий в структурите на други атоми. Атомите на химичните елементи се образуват последователно, тъй като скоростта на транслационното движение на елементарните частици на материята се увеличава (прочетете: скоростта на транслационното движение на галактиката в пространството на Вселената се увеличава) чрез прикачване на нови двойки структури от елементарни частици от материята към атома на деутерий.

Обединяването става последователно: във всеки нов атом се появява една нова двойка структура от елементарни частици на материята (по-рядко една елементарна частица). Какво ни дава комбинацията от деутериеви атоми в структурата на други атоми:

1. Появява се обща точка на анихилация на атома. Това означава, че нашият атом ще взаимодейства чрез привличане и отблъскване с всички други атоми и елементарни частици като единна интегрална структура.
2. Появява се пространството на атома, вътре в което плътността на свободната енергия многократно ще надвишава плътността на свободната енергия извън неговото пространство. Много висока енергийна плътност зад една точка на анихилация в пространството на атома просто няма да има време да падне силно: разстоянията между елементарните частици са твърде малки. Средната плътност на свободната енергия във вътрешноатомното пространство е многократно по-голяма от стойността на константата на свободната енергийна плътност на пространството на Вселената.

При изграждането на атоми на химични елементи, молекули химични вещества, физически тела, се проявява най-важният закон за взаимодействие на материални частици и тела:

Силата на вътрешноядрените, химичните, електрическите, гравитационните връзки зависи от разстоянията между точките на анихилация вътре в атома, между общите точки на анихилация на атомите вътре в молекулите, между общите точки на анихилация на молекулите във физическите тела, между физическите тела. Колкото по-малко е разстоянието между общите точки на анихилация, толкова по-мощни привличащи сили действат между тях.

Ясно е, че:

• Под вътрешноядрени връзки имаме предвид взаимодействия между елементарни частици и между двойни структури в атомите.
• Под химични връзки разбираме взаимодействия между атомите в структурата на молекулите.
• Под електрически връзки разбираме взаимодействията между молекулите в състава на физически тела, течности, газове.
• Под гравитационни връзки имаме предвид взаимодействията между физическите тела.

Образуването на втория химичен елемент - хелиевия атом - се случва, когато галактиката се ускорява в пространството до достатъчно висока скорост. Когато силата на привличане на два атома деутерий достигне голяма стойност, те се приближават на разстояние, което им позволява да се комбинират в четворна структура на хелиевия атом.

По-нататъшното увеличаване на скоростта на прогресивното движение на галактиката води до образуването на атоми на следващите (според периодичната таблица) химични елементи. В същото време: генезисът на атомите на всеки химичен елемент съответства на неговата собствена, строго определена скорост на прогресивното движение на галактиката в пространството на Вселената. Да й се обадим стандартната скорост на образуване на атом на химичен елемент .

Атомът на хелия е вторият атом след водорода, който се образува в галактиката. След това, когато скоростта на движение напред на галактиката се увеличава, следващият атом деутерий пробива до атома на хелия. Това означава, че скоростта на движението напред на галактиката е достигнала стандартната скорост на образуване на литиев атом. Тогава той ще достигне стандартната скорост на образуване на атом берилий, въглерод ... и така нататък, според периодичната таблица.

атомен модел

В горната диаграма можем да видим, че:

1. Всеки период в атома е пръстен от сдвоени структури.
2. Центърът на атома винаги е зает от четворната структура на хелиевия атом.
3. Всички сдвоени структури от един и същи период са разположени строго в една и съща равнина.
4. Разстоянията между периодите са много по-големи от разстоянията между двойните структури в рамките на един период.

Разбира се, това е много опростена схема и не отразява всички реалности на конструкцията на атомите. Например: всяка нова двойна структура, присъединявайки се към атом, измества останалите двойни структури от периода, към който е прикрепена.

Получаваме принципа на конструиране на период под формата на пръстен около геометричния център на атома:

• структурата на периода е изградена в една равнина. Това се улеснява от общия вектор на транслационно движение на всички елементарни частици на галактиката.
• двойни структури от същия период са изградени около геометричния център на атома на еднакво разстояние.
• атомът, около който се изгражда нов период, се държи към този нов период като един цялостна система.

Така получаваме най-важната закономерност в изграждането на атомите на химичните елементи:

РЕГУЛНОСТ НА СТРОГО ОПРЕДЕЛЕН БРОЙ ДВОЙНИ СТРУКТУРИ: едновременно на определено разстояние от геометричния център на общата точка на анихилация на атома могат да бъдат разположени само определен брой двойни структури от елементарни частици материя.

Тоест: във втория, третия период на периодичната таблица - по осем елемента, в четвъртия, петия - осемнадесет, в шестия, седмия - тридесет и два. Нарастващият диаметър на атома позволява броят на сдвоените структури да се увеличава във всеки следващ период.

Ясно е, че тази закономерност определя принципа на периодичността в изграждането на атомите на химичните елементи, открит от D.I. Менделеев.

Всеки период вътре в атома на химичен елемент се държи по отношение на него като единна интегрална система. Това се определя от скокове в разстоянията между периодите: много по-големи от разстоянията между двойните структури в рамките на период.

Атом с непълен период проявява химическа активност в съответствие с горната закономерност. Тъй като има дисбаланс на силите на привличане и отблъскване на атома в полза на силите на привличане. Но с добавянето на структурата на последната двойка дисбалансът изчезва, новият период приема формата десен кръг- става единна, интегрална, цялостна система. И получаваме атом от инертен газ.

Най-важният модел за изграждане на структурата на атома е: атомът има плоска каскадаструктура . Нещо като полилей.

• двойните структури от един и същи период трябва да бъдат разположени в една и съща равнина, перпендикулярна на вектора на транслационното движение на атома.
• в същото време периодите в атома трябва да се слеят.

Това обяснява защо във втория и третия период (както и през четвъртия - петия, шестия - седмия) същият брой сдвоени структури (виж фигурата по-долу). Такава структура на атома е следствие от разпределението на силите на привличане и отблъскване на елементарна частица: привличащите сили действат в предната (по посока на движение) полукълбо на частицата, силите на отблъскване - в задното полукълбо.

В противен случай концентрациите на свободна енергия зад точките на анихилация на някои двойни структури попадат в зоната на привличане на точките на анихилация на други двойни структури и атомът неизбежно ще се разпадне.

По-долу виждаме схематично обемно изображение на атома аргон

модел на аргонов атом

На фигурата по-долу можем да видим „разрез“, „страничен изглед“ на два периода на атом - втория и третия:

Точно така трябва да бъдат ориентирани сдвоените структури, спрямо центъра на атома, в периоди с равен брой сдвоени структури (втората – трета, четвъртата – петата, шестата – седмата).

Количеството енергия в кондензацията зад точката на анихилация на елементарна частица непрекъснато нараства. Това става ясно от формулата:

E 1 ~m(C+W)/2

E 2 ~m(C–W)/2

ΔE \u003d E 1 -E 2 = m (C + W) / 2 - m (C - W) / 2

∆E~W×m

където:

E 1 е количеството свободна енергия, навита (абсорбирана) от точката на анихилация от предното полукълбо на движение.

E 2 е количеството свободна енергия на сгънатата (погълнатата) точка на анихилация от задното полукълбо на движение.

ΔЕ е разликата между количеството свободна енергия, навита (абсорбирана) от предното и задното полукълбо на движението на елементарна частица.

W е скоростта на движение на елементарна частица.

Тук виждаме непрекъснато увеличаване на масата на енергийната кондензация зад точката на анихилация на движеща се частица, тъй като скоростта на нейното движение напред се увеличава.

В структурата на атома това ще се прояви във факта, че енергийната плътност зад структурата на всеки следващ атом ще се увеличава в геометрична прогресия. Точките на анихилация се държат взаимно със силата си на привличане с „желязна хватка“. В същото време нарастващата сила на отблъскване все повече ще отклонява двойните структури на атома една от друга. Така получаваме плоска каскадна конструкция на атом.

Атомът по форма трябва да наподобява формата на купа, където "дъното" е структурата на хелиевия атом. А "ръбовете" на купата е последният период. Места на "завои на купата": вторият - третият, четвъртият - петият, шестият - седмият период. Тези "огъвания" правят възможно оформянето различни периодис равен брой сдвоени структури

модел на хелиев атом

Именно плоската каскадна структура на атома и пръстеновидното разположение на двойните структури в него определят периодичността и реда на изграждане на периодичната система от химични елементи на Менделеев, периодичността на проява на подобни химични свойства на атомите на един ред от периодичната таблица.

Плоско - каскадна структура на атома дава вид на единно пространство на атома с висока плътност на свободната енергия.

• Всички двойни структури на атома са ориентирани в посока на центъра на атома (по-точно: в посока на точка, разположена върху геометричната ос на атома, в посоката на движение на атома).
• Всички отделни точки на анихилация са разположени по протежение на пръстените на периодите вътре в атома.
• Всички отделни свободни енергийни клъстери са разположени зад техните точки на анихилация.

Резултатът: единична концентрация на свободна енергия с висока плътност, чиито граници са границите на атома. Тези граници, както разбираме, са границите на действието на силите, известни в науката като сили на Юкава.

Плоско-каскадната структура на атома дава преразпределение на зоните на силите на привличане и отблъскване по определен начин. Вече наблюдаваме преразпределението на зоните на силите на привличане и отблъскване в сдвоената структура:

Зоната на действие на силите на отблъскване на двойната структура се увеличава поради зоната на действие на силите на нейното привличане (в сравнение с единичните елементарни частици). Съответно намалява зоната на действие на привличащите сили. (Зоната на действие на силата на привличане намалява, но не и самата сила). Плоската каскадна структура на атома ни дава още по-голямо увеличение на зоната на действие на отблъскващите сили на атома.

• С всеки нов период зоната на действие на отблъскващите сили има тенденция да образува пълна топка.
• Зоната на действие на силите на привличане ще бъде непрекъснато намаляващ конус в диаметър

При изграждането на нов период на атома може да се проследи още една закономерност: всички двойни структури от един период са разположени строго симетрично спрямо геометричния център на атома, независимо от броя на двойните структури в периода.

Всяка нова двойна структура, съединявайки се, променя местоположението на всички останали двойни структури от периода, така че разстоянията между тях в периода винаги да са равни една на друга. Тези разстояния намаляват с добавянето на следващата двойка структура. Непълна външен периодатом на химичен елемент го прави химически активен.

Разстоянията между периодите, които са много по-големи от разстоянията между сдвоените частици в рамките на период, правят периодите относително независими един от друг.

Всеки период на атома е свързан с всички останали периоди и с целия атом като самостоятелна цялостна структура.

Това определя, че химическата активност на атома се определя почти 100% само от последния период на атома. Напълно запълненият последен период ни дава максимално запълнената зона на отблъскващите сили на атома. Химическата активност на атома е почти нула. Атомът, подобно на топка, отблъсква други атоми от себе си. Тук виждаме газ. И не просто газ, а инертен газ.

Добавянето на структурата на първата двойка от новия период променя тази идилична картина. Разпределението на зоните на действие на силите на отблъскване и привличане се променя в полза на силите на привличане. Атомът става химически активен. Това е атом алкален метал.

С добавянето на всяка следваща двойна структура балансът на зоните на разпределение на силите на привличане и отблъскване на атома се променя: зоната на силите на отблъскване се увеличава, зоната на силите на привличане намалява. И всеки следващ атом става малко по-малко метален и малко повече неметал.

Плоската каскадна форма на атомите, преразпределението на зоните на действие на силите на привличане и отблъскване ни дава следното: Атом на химичен елемент, срещайки се с друг атом дори при сблъсък, непременно попада в зоната на действието на силите на отблъскване на този атом. И не унищожава себе си и не унищожава този друг атом.

Всичко това ни води до забележителен резултат: атомите на химичните елементи, влизайки в съединения помежду си, образуват триизмерни структури от молекули. За разлика от плоската - каскадна структура на атомите. Молекулата е стабилна триизмерна структура от атоми.

Помислете за енергийните потоци вътре в атомите и молекулите.

На първо място, ние отбелязваме, че елементарна частица ще абсорбира енергия в цикли. Тоест: в първата половина на цикъла елементарната частица поглъща енергия от най-близкото пространство. Тук се образува празнота – пространство без свободна енергия.

През втората половина на цикъла: енергии от по-далечна среда веднага ще започнат да запълват получената празнота. Тоест в пространството ще има енергийни потоци, насочени към точката на анихилация. Частицата получава положителен импулс на транслационно движение. НО свързана енергиявътре в частицата ще започне да преразпределя своята плътност.

Какво ни интересува тук?

Тъй като цикълът на унищожение е разделен на две фази: фаза на поглъщане на енергия и фаза на движение на енергията (запълване на празнотата), тогава Средната скоростенергийните потоци в областта на точката на анихилация ще намалеят, грубо казано, с два пъти.

И което е изключително важно:

В изграждането на атоми, молекули, физически тела се проявява много важна закономерност: стабилността на всички материални структури, като: сдвоени структури - атоми на деутерий, отделни периоди около атоми, атоми, молекули, физически тела се осигурява от стриктната подреденост на процесите на тяхното унищожаване.

Помислете за това.

1. Енергийни потоци, генерирани от двойна структура. В двойна структура елементарните частици унищожават енергията синхронно. В противен случай елементарните частици биха „изяли“ концентрацията на енергия зад точката на анихилация на другата. Получаваме ясни вълнови характеристики на двойната структура. Освен това ви напомняме, че поради цикличния характер на процесите на анихилация средната скорост на енергийните потоци тук пада наполовина.
2. Енергията тече в един атом. Принципът е същият: всички сдвоени структури от един и същи период трябва да унищожават енергията синхронно - в синхронни цикли. По същия начин: процесите на анихилация в атома трябва да бъдат синхронизирани между периодите. Всяка асинхронност води до унищожаване на атома. Тук синхронността може леко да варира. Може да се предположи, че периодите в атома унищожават енергията последователно, един след друг, във вълна.
3. Енергията тече вътре в молекула, физическо тяло. Разстоянията между атомите в структурата на една молекула са многократно по-големи от разстоянията между периодите вътре в атома. В допълнение, молекулата има обемна структура. Както всяко физическо тяло, то има триизмерна структура. Ясно е, че синхронността на процесите на анихилация тук трябва да бъде последователна. Насочени от периферията към центъра или обратно: от центъра към периферията - бройте както искате.

Принципът на синхронност ни дава още две закономерности:

• Скоростта на енергийните потоци вътре в атоми, молекули, физически тела е много по-малка от скоростната константа на движението на енергията в пространството на Вселената. Този модел ще ни помогне да разберем (в статия №7) процесите на електричество.
• Колкото по-голяма е структурата, която виждаме (последователно: елементарна частица, атом, молекула, физическо тяло), толкова по-голяма е дължината на вълната в нейните вълнови характеристики, която ще наблюдаваме. Това важи и за физическите тела: колкото по-голяма е масата на физическото тяло, толкова по-голяма е дължината на вълната му.

• Превод

В центъра на всеки атом е ядрото, малка колекция от частици, наречени протони и неутрони. В тази статия ще изследваме природата на протоните и неутроните, които се състоят от още по-малки частици – кварки, глуони и антикварки. (Глуоните, подобно на фотоните, са свои собствени античастици.) Кварките и глуоните, доколкото знаем, могат да бъдат наистина елементарни (неделими и не съставени от нещо по-малко). Но за тях по-късно.

Изненадващо, протоните и неутроните имат почти еднаква маса - до процент:

• 0,93827 GeV/c 2 за протон,
• 0,93957 GeV/c 2 за неутрон.

Това е ключът към тяхната същност – те всъщност много си приличат. Да, има една очевидна разлика между тях: протонът има положителен ефект електрически заряд, докато неутронът няма заряд (неутрален е, откъдето идва и името му). Съответно електрическите сили действат върху първия, но не и върху втория. На пръв поглед това разграничение изглежда много важно! Но всъщност не е така. Във всички други сетива протонът и неутронът са почти близнаци. Те имат идентични не само маси, но и вътрешна структура.

Тъй като са толкова сходни и тъй като тези частици съставляват ядра, протоните и неутроните често се наричат ​​нуклони.

Протоните са идентифицирани и описани около 1920 г. (въпреки че са открити по-рано; ядрото на водородния атом е само един протон), а неутроните са открити някъде през 1933 г. Фактът, че протоните и неутроните са толкова сходни един с друг, беше разбран почти веднага. Но фактът, че те имат измерим размер, сравним с размера на ядрото (около 100 000 пъти по-малък от атом в радиус), не е известен до 1954 г. Това, че са съставени от кварки, антикварки и глуони, постепенно се разбира от средата на 60-те до средата на 1970-те. До края на 70-те и началото на 80-те години нашето разбиране за протоните, неутроните и това, от което са направени, до голяма степен се установи и оттогава остава непроменено.

Нуклоните са много по-трудни за описване от атомите или ядрата. Да не казвам това, но поне може да се каже без колебание, че хелиевият атом се състои от два електрона в орбита около малко хелиево ядро; а ядрото на хелия е доста проста група от два неутрона и два протона. Но с нуклоните всичко не е толкова просто. Вече писах в статията "", че атомът прилича на елегантен менует, а нуклонът - на дива партия.

Сложността на протона и неутрона изглежда е реална и не произтича от непълно физическо познание. Имаме уравнения, използвани за описание на кварки, антикварки и глуони и силните ядрени сили, които действат между тях. Тези уравнения се наричат ​​QCD, от "квантовата хромодинамика". Може да се провери точността на уравненията различни начини, включително измерване на броя на частиците, които се появяват в Големия адронен колайдер. Замествайки QCD уравненията в компютър и извършвайки изчисления за свойствата на протоните и неутроните и други подобни частици (наричани заедно "адрони"), получаваме прогнози за свойствата на тези частици, които се доближават добре до наблюденията, направени в реалния свят. Следователно имаме основание да вярваме, че уравненията на QCD не лъжат и че нашите познания за протона и неутрона се основават на правилните уравнения. Но само наличието на правилни уравнения не е достатъчно, защото:

• В прости уравненияможе да е много сложни решения,
• Понякога не е възможно да се опишат сложните решения по прост начин.

Доколкото можем да кажем, това е точно така с нуклоните: те са сложни решения на относително прости QCD уравнения и не е възможно да ги опиша с няколко думи или картини.

Поради присъщата сложност на нуклоните, вие, читателят, ще трябва да направите избор: колко искате да знаете за описаната сложност? Колкото и далеч да стигнете, най-вероятно няма да сте доволни: колкото повече научавате, толкова по-разбираема ще става темата, но крайният отговор ще остане същият - протонът и неутронът са много сложни. Мога да ви предложа три нива на разбиране, с нарастващи детайли; можете да спрете след всяко ниво и да преминете към други теми, или можете да се гмурнете до последното. Всяко ниво повдига въпроси, на които мога частично да отговоря в следващото, но новите отговори пораждат нови въпроси. В обобщение – както правя в професионалните дискусии с колеги и напреднали студенти – мога да ви насоча само към данни от реални експерименти, различни влиятелни теоретични аргументи и компютърни симулации.

Първо ниво на разбиране

От какво са направени протоните и неутроните?

Ориз. 1: прекалено опростена версия на протони, състояща се само от два нагоре кварка и един надолу, и неутрони, състоящи се само от два кварка надолу и един нагоре

За да се опрости нещата, много книги, статии и уебсайтове посочват, че протоните са съставени от три кварка (два нагоре и един надолу) и рисуват нещо като фигура. 1. Неутронът е същият, само се състои от един горен и два долни кварка. Това просто изображение илюстрира какво вярват някои учени, най-вече през 60-те години на миналия век. Но скоро стана ясно, че тази гледна точка е твърде опростена до степен, че вече не е вярна.

От по-сложни източници на информация ще научите, че протоните са съставени от три кварка (два нагоре и един надолу), държани заедно от глуони - и може да се появи картина, подобна на фиг. 2, където глуоните са изтеглени като пружини или струни, които държат кварки. Неутроните са едни и същи, само с един горен кварк и два низходящи кварка.

Ориз. 2: подобрение фиг. 1 поради акцента върху важната роля на силната ядрена сила, която задържа кварките в протона

Не е толкова лош начин за описване на нуклони, тъй като подчертава важната роля на силната ядрена сила, която задържа кварките в протона за сметка на глуоните (по същия начин, по който фотонът, частицата, която изгражда светлината, е свързано с електромагнитната сила). Но това също е объркващо, защото всъщност не обяснява какво представляват глуоните или какво правят.

Има причини да продължа напред и да опиша нещата по начина, по който направих в : протонът се състои от три кварка (два нагоре и един надолу), куп глуони и планина от двойки кварк-антикварк (предимно кварки нагоре и надолу , но има и няколко странни) . Всички те летят напред-назад с много високи скорости (приближаващи скоростта на светлината); целият този набор се държи заедно от силната ядрена сила. Показах това на фиг. 3. Неутроните отново са същите, но с един нагоре и два надолу кварка; кваркът, който е променил собствеността, е обозначен със стрелка.

Ориз. 3: по-реалистично, макар и все още не идеално, изобразяване на протони и неутрони

Тези кварки, антикварки и глуони не само се движат напред-назад, но и се сблъскват помежду си и се превръщат един в друг чрез процеси като анихилация на частици (при която кварк и антикварк от един и същи тип се превръщат в два глуона или порок обратно) или поглъщане и излъчване на глуон (при което кварк и глуон могат да се сблъскат и да произведат кварк и два глуона, или обратно).

Какво правят тези три описанияобщ:

• Два нагоре кварка и един кварк надолу (плюс нещо друго) за протон.
• Един кварк нагоре и два кварка надолу (плюс нещо друго) за неутрон.
• „Нещо друго“ за неутроните е същото като „нещо друго“ за протони. Тоест, нуклоните имат „нещо друго“ същото.
• Малката разлика в масата между протона и неутрона се появява поради разликата в масите на долния и горния кварк.

И тъй като:

• за нагоре кварки, електрическият заряд е 2/3 e (където e е зарядът на протона, -e е зарядът на електрона),
• низовите кварки имат заряд от -1/3e,
• глуоните имат заряд 0,
• всеки кварк и съответният му антикварк имат общ заряд 0 (например, анти-даун кварк има заряд от +1/3e, така че низовият кварк и антикварк надолу ще имат заряд от –1/3 e +1/ 3 e = 0),

Всяка фигура приписва електрическия заряд на протона на два кварка нагоре и един надолу, а „нещо друго“ добавя 0 към заряда. По същия начин неутронът има нулев заряд поради един нагоре и два кварка надолу:

• общ електрически заряд на протона 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• общият електрически заряд на неутрона е 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Тези описания се различават, както следва:

• колко "нещо друго" вътре в нуклона,
• какво прави там
• откъде идват масата и масовата енергия (E = mc 2 , енергията, присъстваща там, дори когато частицата е в покой) на нуклона.

Тъй като по-голямата част от масата на атома и следователно от цялата обикновена материя се съдържа в протони и неутрони, последната точка е изключително важна за правилно разбираненашата природа.

Ориз. 1 се казва, че кварките всъщност представляват една трета от нуклон - подобно на протон или неутрон представлява една четвърт от ядрото на хелий или 1/12 от ядрото на въглерода. Ако тази картина беше вярна, кварките в нуклона биха се движили сравнително бавно (със скорости, много по-бавни от скоростта на светлината) с относително слаби сили, действащи между тях (макар и с някаква мощна сила, която ги държи на място). Масата на кварка, нагоре и надолу, тогава би била от порядъка на 0,3 GeV/c 2 , около една трета от масата на протона. Но това е обикновен образ и идеите, които налага, са просто погрешни.

Ориз. 3. дава съвсем различна представа за протона, като котел от частици, които се движат през него със скорости, близки до скоростта на светлината. Тези частици се сблъскват една с друга и при тези сблъсъци някои от тях се унищожават, а други се създават на тяхно място. Глуоните нямат маса, масите на горните кварки са около 0,004 GeV/c 2 , а масите на долните кварки са около 0,008 GeV/c 2 - стотици пъти по-малко от протон. Откъде идва масовата енергия на протона, въпросът е сложен: част от нея идва от енергията на масата на кварки и антикварки, част идва от енергията на движението на кварки, антикварки и глуони, а част (евентуално положителна , вероятно отрицателен) от енергията, съхранявана в силното ядрено взаимодействие, държащо кварки, антикварки и глуони заедно.

В известен смисъл, фиг. 2 се опитва да елиминира разликата между фиг. 1 и фиг. 3. Опростява ориза. 3, премахвайки много двойки кварк-антикварк, които по принцип могат да се нарекат ефимерни, тъй като те постоянно възникват и изчезват и не са необходими. Но създава впечатлението, че глуоните в нуклоните са пряка част от силната ядрена сила, която държи протоните. И не обяснява откъде идва масата на протона.

На фиг. 1 има още един недостатък, освен тесните рамки на протона и неутрона. Това не обяснява някои от свойствата на други адрони, като пиона и rho мезона. Същите проблеми съществуват на фиг. 2.

Тези ограничения доведоха до това, че давам на моите ученици и на моя сайт снимка от фиг. 3. Но искам да ви предупредя, че той също има много ограничения, които ще разгледам по-късно.

Трябва да се отбележи, че изключителната сложност на структурата, загатната на фиг. 3 може да се очаква от обект, държан заедно от такава мощна сила като силната ядрена сила. И още нещо: три кварка (два нагоре и един надолу за протон), които не са част от група двойки кварк-антикварк често се наричат ​​"валентни кварки", а двойките кварк-антикварки се наричат ​​"море от кваркови двойки." Такъв език е технически удобен в много случаи. Но създава погрешното впечатление, че ако можете да погледнете вътре в протона и да погледнете конкретен кварк, веднага бихте могли да разберете дали е част от морето или е валентност. Това не може да се направи, просто няма такъв начин.

Протонна маса и неутронна маса

Тъй като масите на протона и неутрона са толкова сходни и тъй като протона и неутрона се различават само по замяната на горен кварк с низходящ кварк, изглежда вероятно техните маси да се предоставят по същия начин, идват от един и същ източник , а разликата им се състои в малката разлика между горните и долните кварки. Но трите фигури по-горе показват, че има три много различни възгледи за произхода на протонната маса.

Ориз. 1 се казва, че горните и долните кварки просто съставляват 1/3 от масата на протона и неутрона: около 0,313 GeV/c 2 , или поради енергията, необходима за задържане на кварките в протона. И тъй като разликата между масите на протон и неутрон е част от процента, разликата между масите на горния и долния кварк също трябва да бъде част от процента.

Ориз. 2 е по-малко ясно. Каква част от масата на протона съществува поради глуони? Но по принцип от фигурата следва, че по-голямата част от масата на протона все още идва от масата на кварките, както е на фиг. един.

Ориз. 3 отразява по-фин подход към това как всъщност се получава масата на протона (както можем да проверим директно чрез протонни компютърни изчисления, а не директно чрез други математически методи). Тя е много различна от идеите, представени на фиг. 1 и 2, а се оказва, че не е толкова просто.

За да разберем как работи това, човек трябва да мисли не по отношение на масата на протона m, а по отношение на неговата масова енергия E = mc 2 , енергията, свързана с масата. Концептуално правилен въпросняма да бъде „откъде дойде масата на протона m“, след което можете да изчислите E, като умножите m по c 2 , а обратното: „откъде идва енергията на протонната маса E“, след което можете изчислете масата m, като разделите E на c 2 .

Полезно е да се класифицират приносите към енергията на протонната маса в три групи:

А) Масовата енергия (енергията на покой) на съдържащите се в нея кварки и антикварки (глуони, безмасови частици, не допринасят).
Б) Енергия на движение (кинетична енергия) на кварки, антикварки и глуони.
В) Енергията на взаимодействието (енергия на свързване или потенциална енергия), съхранявана в силното ядрено взаимодействие (по-точно в глуонните полета), задържащо протона.

Ориз. 3 се казва, че частиците вътре в протона се движат с висока скорост и че е пълен с безмасови глуони, така че приносът на B) е по-голям от A). Обикновено в повечето физически системи B) и C) са сравними, докато C) често е отрицателен. Така че масовата енергия на протона (и неутрона) се получава най-вече от комбинацията от B) и C), като A) допринася малка част. Следователно масите на протона и неутрона се появяват главно не поради масите на частиците, съдържащи се в тях, а поради енергиите на движението на тези частици и енергията на тяхното взаимодействие, свързана с глуонните полета, които генерират силите, които задържат протона. В повечето други системи, с които сме запознати, балансът на енергиите се разпределя по различен начин. Например в атоми и в слънчева система A доминира), докато B) и C) са много по-малки и сравними по размер.

Обобщавайки, отбелязваме, че:

• Ориз. 1 предполага, че масовата енергия на протона идва от приноса A).
• Ориз. 2 предполага, че и двата приноса A) и C) са важни, а B) има малък принос.
• Ориз. 3 предполага, че B) и C) са важни, докато приносът на A) е незначителен.

Знаем, че оризът е правилен. 3. За да го проверим, можем да извършим компютърни симулации, и което е по-важно, благодарение на различни убедителни теоретични аргументи, знаем, че ако масите на горните и долните кварки бяха нула (а всичко останало остана както е), масата на протона едва ли би се променила. Така че, очевидно, масите на кварките не могат да имат важен принос към масата на протона.

Ако фиг. 3 не лъже, масите на кварка и антикварка са много малки. Какви са те всъщност? Масата на горния кварк (както и на антикварка) не надвишава 0,005 GeV/c 2 , което е много по-малко от 0,313 GeV/c 2 , което следва от фиг. 1. (Масата на възходящия кварк е трудна за измерване и варира поради фини ефекти, така че може да бъде много по-малко от 0,005 GeV/c2). Масата на долния кварк е приблизително с 0,004 GeV/c 2 по-голяма от масата на горния. Това означава, че масата на всеки кварк или антикварк не надвишава един процент от масата на протона.

Имайте предвид, че това означава (противно на фиг. 1), че съотношението на масата на долния кварк към горния кварк не се доближава до единица! Масата на долния кварк е поне два пъти по-голяма от тази на горния кварк. Причината, че масите на неутрона и протона са толкова сходни, не е, че масите на горните и долните кварки са сходни, а че масите на горните и долните кварки са много малки - и разликата между тях е малка, спрямо масите на протона и неутрона. Припомнете си, че за да превърнете протон в неутрон, просто трябва да замените един от горните му кварки с низходящ (Фигура 3). Тази промяна е достатъчна, за да направи неутрона малко по-тежък от протона и да промени заряда му от +e на 0.

Между другото, фактът, че различни частици вътре в един протон се сблъскват помежду си, и постоянно се появяват и изчезват, не влияе на нещата, които обсъждаме - енергията се запазва при всеки сблъсък. Масовата енергия и енергията на движението на кварките и глуоните могат да се променят, както и енергията на тяхното взаимодействие, но общата енергия на протона не се променя, въпреки че всичко вътре в него непрекъснато се променя. Така масата на протона остава постоянна, въпреки вътрешния му вихър.

В този момент можете да спрете и да усвоите получената информация. Удивително! На практика цялата маса, съдържаща се в обикновената материя, идва от масата на нуклоните в атомите. И по-голямата част от тази маса идва от хаоса, присъщ на протона и неутрона – от енергията на движение на кварки, глуони и антикварки в нуклони и от енергията на работата на силни ядрени взаимодействия, които държат нуклона в цялото му състояние. Да: нашата планета, телата ни, дъхът ни са резултат от такова тихо и доскоро невъобразимо безобразие.

Както вече беше отбелязано, атомът се състои от три вида елементарни частици: протони, неутрони и електрони. Атомното ядро ​​е централната част на атома, състояща се от протони и неутрони. Протоните и неутроните имат често срещано именуклон, в ядрото те могат да се превръщат един в друг. Ядрото на най-простия атом - водородния атом - се състои от една елементарна частица - протона.

Диаметърът на ядрото на атома е приблизително 10-13 - 10-12 cm и е 0,0001 от диаметъра на атома. Въпреки това, почти цялата маса на атома (99,95-99,98%) е концентрирана в ядрото. Ако беше възможно да се получи 1 cm3 чиста ядрена материя, нейната маса би била 100-200 милиона тона. Масата на ядрото на атома е няколко хиляди пъти по-голяма от масата на всички електрони, които съставляват атома.

протон- елементарна частица, ядрото на водороден атом. Масата на протона е 1,6721 x 10-27 kg, това е 1836 пъти масата на електрона. Електрическият заряд е положителен и равен на 1,66 x 10-19 C. Кулонът е единица за електрически заряд, равна на количеството електричество, преминаващо през него напречно сечениепроводник за време от 1s при постоянна сила на тока от 1A (ампера).

Всеки атом на всеки елемент се съдържа в ядрото определен бройпротони. Това число е постоянно за даден елементи определя нейните физически и Химични свойства. Тоест броят на протоните зависи от това с какъв химичен елемент имаме работа. Например, ако един протон в ядрото е водород, ако 26 протона са желязо. Броят на протоните в атомното ядро ​​определя заряда на ядрото (номер на заряда Z) и поредния номер на елемента в периодичната система от елементи D.I. Менделеев (атомен номер на елемента).

Неутрон- електрически неутрална частица с маса 1,6749 x 10-27 kg, 1839 пъти масата на електрона. Невронът в свободно състояние е нестабилна частица; той независимо се превръща в протон с излъчване на електрон и антинеутрино. Времето на полуразпад на неутроните (времето, през което се разпада половината от първоначалния брой неутрони) е приблизително 12 минути. Въпреки това, в обвързано състояниевътре стабилна атомни ядратой е стабилен. Общ бройнуклони (протони и неутрони) в ядрото се нарича масово число (атомна маса - А). Броят на неутроните, които изграждат ядрото, е равен на разликата между числата на масата и заряда: N = A - Z.

електрон- елементарна частица, носител на най-малката маса - 0,91095x10-27g и най-малкия електрически заряд - 1,6021x10-19 C. Това е отрицателно заредена частица. Броят на електроните в атома е равен на броя на протоните в ядрото, т.е. атомът е електрически неутрален.

позитрон- елементарна частица с положителен електрически заряд, античастица по отношение на електрон. Масите на електрон и позитрон са равни, а електрическите заряди са равни по абсолютна стойност, но противоположни по знак.

Различните видове ядра се наричат ​​нуклиди. Нуклид - вид атоми с даден брой протони и неутрони. В природата има атоми на един и същи елемент с различни атомни маси (масови числа):
, Cl и др. Ядрата на тези атоми съдържат същия номерпротони, но различен номернеутрони. Разновидности на атоми на един и същи елемент, които имат същия ядрен заряд, но различен масово число, са наречени изотопи . Имайки еднакъв брой протони, но различаващи се по броя на неутроните, изотопите имат една и съща структура на електронните обвивки, т.е. много сходни химични свойства и заемат едно и също място в периодичната таблица на химичните елементи.

Те се обозначават със символа на съответния химичен елемент с индекс A, разположен горе вляво - масовото число, понякога броят на протоните (Z) също е даден долу вляво. Например, радиоактивните изотопи на фосфора са обозначени съответно 32P, 33P или P и P. При обозначаване на изотоп без посочване на символа на елемента, масовото число се дава след обозначението на елемента, например фосфор - 32, фосфор - 33.

Повечето химични елементи имат няколко изотопа. В допълнение към водородния изотоп 1H-протий са известни тежък водород 2H-деутерий и свръхтежък водород 3H-тритий. Уранът има 11 изотопа, естествени съединенияима три от тях (уран 238, уран 235, уран 233). Те имат 92 протона и съответно 146,143 и 141 неутрона.

В момента са известни повече от 1900 изотопа на 108 химични елемента. От тях естествените изотопи включват всички стабилни (те са приблизително 280) и естествени изотопи, които са част от радиоактивни семейства (има 46 от тях). Останалите са изкуствени, те се получават изкуствено в резултат на различни ядрени реакции.

Терминът "изотопи" трябва да се използва само когато говорим сиоколо атоми на един и същи елемент, например въглерод 12C и 14C. Ако се имат предвид атоми от различни химични елементи, се препоръчва да се използва терминът "нуклиди", например радионуклиди 90Sr, 131J, 137Cs.

Глава първа. СВОЙСТВА НА СТАБИЛНИ ЯДРА

Вече беше казано по-горе, че ядрото се състои от протони и неутрони, свързани с ядрени сили. Ако измерим масата на ядрото в атомни единици за маса, тогава тя трябва да бъде близка до масата на протона, умножена по цяло число, наречено масово число. Ако зарядът на ядрото и масовото число, това означава, че съставът на ядрото включва протони и неутрони. (Броят на неутроните в ядрото обикновено се означава с

Тези свойства на ядрото са отразени в символната нотация, която ще бъде използвана по-късно във формата

където X е името на елемента, на чийто атом принадлежи ядрото (например ядра: хелий - , кислород - , желязо - уран

Основните характеристики на стабилните ядра включват: заряд, маса, радиус, механични и магнитни моменти, спектър на възбудените състояния, четност и квадруполен момент. Радиоактивните (нестабилни) ядра се характеризират допълнително с техния живот, вида на радиоактивните трансформации, енергията на излъчените частици и редица други специални свойства, които ще бъдат разгледани по-долу.

На първо място, нека разгледаме свойствата на елементарните частици, които изграждат ядрото: протон и неутрон.

§ 1. ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПРОТОНА И НЕУТРОНА

Тегло.В единици за масата на електрона: масата на протона е масата на неутрона.

В единици за атомна маса: маса на протона неутронна маса

В енергийни единици масата на покой на протона е масата на покой на неутрона

Електрически заряд. q е параметър, характеризиращ взаимодействието на частица с електрическо поле, се изразява в единици заряд на електрона където

Всички елементарни частици носят количество електричество, равно или на 0, или на заряда на протона. Зарядът на неутрона е нула.

Завъртете.Спиновете на протона и неутрона са равни. И двете частици са фермиони и се подчиняват на статистиката на Ферми-Дирак, а оттам и на принципа на Паули.

магнитен момент.Ако заместим във формула (10), която определя магнитния момент на електрона вместо масата на електрона, масата на протона, получаваме

Величината се нарича ядрен магнетон. Може да се приеме по аналогия с електрона, че спиновият магнитен момент на протона е равен.Опитът обаче показва, че присъщият магнитен момент на протона е по-голям от ядрения магнитон: според съвременните данни

Освен това се оказа, че незаредена частица - неутрон - също има магнитен момент, който е различен от нула и равен на

Наличието на магнитен момент в неутрона и т.н голямо значениемагнитният момент на протона противоречи на предположенията за точковия характер на тези частици. Редица експериментални данни, получени в последните години, показва, че както протонът, така и неутронът имат сложна нехомогенна структура. В същото време в центъра на неутрона се намира положителен заряд, а на периферията има отрицателен заряд, равен на него по големина, разпределен в обема на частицата. Но тъй като магнитният момент се определя не само от големината на протичащия ток, но и от площта, покрита от него, магнитните моменти, създадени от тях, няма да бъдат равни. Следователно, един неутрон може да има магнитен момент, докато остава като цяло неутрален.

Взаимни трансформации на нуклони.Масата на неутрона е по-голяма от масата на протона с 0,14% или 2,5 електронни маси,

В свободно състояние неутронът се разпада на протон, електрон и антинеутрино: средният му живот е близо 17 минути.

Протонът е стабилна частица. Въпреки това, вътре в ядрото, то може да се превърне в неутрон; докато реакцията протича по схемата

Разликата в масите на частиците, стоящи отляво и отдясно, се компенсира от енергията, предадена на протона от други нуклони на ядрото.

Протонът и неутронът имат еднакви завъртания, почти еднакви маси и могат да се трансформират един в друг. По-късно ще бъде показано, че ядрените сили, действащи между тези частици по двойки, също са еднакви. Затова се наричат общо деноминация- нуклон и казват, че нуклонът може да бъде в две състояния: протон и неутрон, които се различават по отношението си към електромагнитното поле.

Неутроните и протоните си взаимодействат поради съществуването на ядрени сили, които са от неелектрическо естество. Ядрените сили дължат своя произход на обмена на мезони. Ако изобразим зависимостта на потенциалната енергия на взаимодействието на протон и нискоенергиен неутрон от разстоянието между тях, тогава приблизително ще изглежда като графика, показана на фиг. 5а, тоест има формата на потенциален кладенец.

Ориз. Фиг. 5. Зависимост на потенциалната енергия на взаимодействие от разстоянието между нуклоните: а - за двойки неутрон-неутрон или неутрон-протон; b - за двойка протон - протон

§едно. Запознайте се с електрона, протона, неутрона

Атомите са най-малките частици на материята.
Ако се увеличи до глобусябълка със среден размер, тогава атомите ще станат само с размера на ябълка. Въпреки толкова малък размер, атомът се състои от още по-малки физически частици.
Вече трябва да сте запознати със структурата на атома от училищния курс по физика. И все пак припомняме, че атомът съдържа ядро ​​и електрони, които се въртят около ядрото толкова бързо, че стават неразличими – образуват „електронен облак“ или електронна обвивкаатом.

електрониобикновено се обозначава, както следва: д − . електрони д- много леки, почти безтегловни, но имат отрицателенелектрически заряд. То е равно на -1. Електричество, който всички ние използваме е поток от електрони, работещи в проводници.

атомно ядро, в който е концентрирана почти цялата му маса, се състои от частици от два вида – неутрони и протони.

Неутрониобозначен както следва: н 0 , а протониТака: стр + .
По маса неутроните и протоните са почти еднакви - 1,675 10 −24 g и 1,673 10 −24 g.
Вярно е, че е много неудобно да се брои масата на такива малки частици в грамове, така че тя се изразява в въглеродни единици, всеки от които е равен на 1,673 10 −24 g.
За всяка частица вземете относителна атомна маса, равно на частното на деленето на масата на атом (в грамове) на масата на въглеродна единица. роднина атомни масипротон и неутрон са равни на 1, но зарядът на протоните е положителен и равен на +1, докато неутроните нямат заряд.

. Гатанки за атома

Атом може да бъде сглобен "в ума" от частици, като играчка или кола от части детски конструктор. Необходимо е само да се спазват две важни условия.

• Първо условие: всеки тип атом има свой собствен собствен комплект"подробности" - елементарни частици. Например, водороден атом непременно ще има ядро ​​с положителен заряд +1, което означава, че със сигурност трябва да има един протон (и не повече).
  Водороден атом може да съдържа и неутрони. Повече за това в следващия параграф.
  Кислородният атом (серийният номер в Периодичната система е 8) ще има заредено ядро осемположителни заряди (+8), което означава, че има осем протона. Тъй като масата на кислородния атом е 16 относителни единици, за да получим кислородно ядро, ще добавим още 8 неутрона.
• Второ условиее, че всеки атом е електрически неутрален. За да направи това, то трябва да има достатъчно електрони, за да балансира заряда на ядрото. С други думи, броят на електроните в атома е равен на броя на протонитев основата си и поредния номер на този елемент в Периодичната система.