Нека да поговорим как да намерим протони, неутрони и електрони. Елементарни частици

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 електрически заряд, докато неутронът няма заряд (той е неутрален, 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. Това не означава, че атомите по принцип са прости, 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 „Какво е протон и какво има вътре?“, че атомът е като елегантен менует, а нуклонът е като див купон.

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". Точността на уравненията може да бъде тествана по различни начини, включително измерване на броя на частиците, които се появяват в Големия адронен колайдер. Чрез включване на уравненията на QCD в компютър и извършване на 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:

Простите уравнения могат да имат 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 кварк, и неутрони, състояща се само от два низходящи кварка и един нагоре кварк

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 е общото между тези три описания:

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 кварк надолу 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 правилното разбиране на нашата 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 това 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 компютърни изчисления на протона, 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 правилният въпрос не е „откъде идва протонната маса 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 да изчислите 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 атомите и в Слънчевата система A) доминира, докато B) и C) се получават много по-малко и са 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 тестваме, можем да изпълним компютърни симулации и което е по-важно, благодарение на различни убедителни теоретични аргументи, знаем, че ако масите на горните и долните кварки бяха нула (и всичко останало остана както е), масата на протонът на практика ще се промени. 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.

НЕУТРОН(n) (от лат. neuter - нито едното, нито другото) - елементарна частица с нула електрическа. заряд и маса, малко по-голяма от масата на протона. Заедно с протона под общото име. Нуклонът е част от атомните ядра. H. има спин 1/2 и следователно се подчинява Ферми - Дирак статистика(е фермион). принадлежи на семейството адра-нов;има барионно число B= 1, тоест включени в групата бариони.

Открит е през 1932 г. от Дж. Чадуик, който показва, че твърдото проникваща радиация, произтичаща от бомбардирането на берилиеви ядра от a-частици, се състои от електрически неутрални частици с маса приблизително равна на тази на протон. През 1932 г. Д. Д. Иваненко и В. Хайзенберг излагат хипотезата, че атомните ядра се състоят от протони и Н. За разлика от заряда. частици, H. лесно прониква в ядрата при всяка енергия и с голяма вероятност причинява ядрени реакцииулавяне (n,g), (n,a), (n, p), ако енергийният баланс в реакцията е положителен. Вероятност за екзотермично нараства с забавяне H. обратно пропорционално. неговата скорост. Увеличаване на вероятността реакциите на улавяне на H., когато те се забавят в среда, съдържаща водород, е открито от Е. Ферми (E. Fermi) и колеги през 1934 г. Открита е способността на H. да предизвиква делене на тежки ядра от O. Gan (O. Hahn) и F. Strassmann (F. . Strassman) през 1938 г. (вж. ядрено делене), послужи като основа за създаването на ядрени оръжия и. Особеността на взаимодействието на бавни неутрони с материята, които имат дължина на вълната на де Бройл от порядъка на атомните разстояния (резонансни ефекти, дифракция и др.), служи като основа за широкото използване на неутронни лъчи във физиката на твърдото тяло. (Класификация на H. по енергия - бърза, бавна, термична, студена, ултрастудена - виж чл. неутронна физика.)

В свободно състояние Х. е нестабилен – претърпява В-разпад; n p + e - + v д; неговият живот t n = 898 (14) s, граничната енергия на електронния спектър е 782 keV (виж фиг. неутрон бета разпад). В свързано състояние, като част от стабилни ядра, H. е стабилен (според експериментални оценки, животът му надвишава 10 32 години). Според aster. Смята се, че 15% от видимата материя на Вселената е представена от H., които са част от 4 He ядрата. Х. е основната. съставна част неутронни звезди. Свободните Н. в природата се образуват при ядрени реакции, причинени от а-частици от радиоактивен разпад, космически лъчии в резултат на спонтанно или принудително делене на тежки ядра. Изкуства източници на Х. са ядрени реактори, ядрени експлозии, ускорители на протони (за срв. енергия) и електрони с мишени от тежки елементи. Източниците на монохроматични лъчи H. с енергия 14 MeV са нискоенергийни. дейтронни ускорители с тритиева или литиева цел, а в бъдеще термоядрените инсталации на CTS могат да се окажат интензивни източници на такъв H. (См. .)

Основни характеристики H.

Тегло h. t p = 939,5731(27) MeV/c2 = = 1,008664967(34) при. единици маси 1,675. 10 -24 г. Разликата между масите на H. и протона е измерена от макс. точност от енергични. баланс на реакцията на улавяне на H. от протон: n + p d + g (g-квантова енергия = 2,22 MeV), мн- м p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Електрически заряд H. Вн = 0. Най-точни директни измервания В n се извършва чрез отклоняване на лъчи от студен или ултрастуден H. в електростатичен. поле: Вн<= 3·10 -21 неяе зарядът на електрона). Cosv. електрически данни. макроскопска неутралност. дадено количество газ Qn<= 2 10 -22 д.

Завъртете H. Дж= 1/2 е определено от директни експерименти за разделяне на лъча H. в нехомогенно магнитно поле. поле на два компонента [в общия случай броят на компонентите е (2 Дж + 1)].

Последователно описание на структурата на адроните въз основа на съвременните. силна теория на взаимодействието - квантова хромодинамика- докато отговаря на теоретичните. трудности обаче за мнозина задачите са доста задоволителни. резултатите дава описание на взаимодействието на нуклони, представени като елементарни обекти, чрез обмен на мезони. Експериментирайте. изследване на пространствата. структура H. се осъществява с помощта на разсейване на високоенергийни лептони (електрони, мюони, неутрино, разглеждани в съвременната теория като точкови частици) върху деутрони. Приносът на разсейването върху протон се измерва в деп. експеримент и може да се извади с помощта на def. изчисли. процедури.

Еластично и квазиеластично (с разделяне на деутрона) разсейване на електрони върху деутрона дава възможност да се намери разпределението на електрическата плътност. заряд и магнит. момент H. ( форм факторЗ.). Според експеримента, разпределението на магнитната плътност. момент Х. с точност от порядъка на няколко. процент съвпада с разпределението на електрическата плътност. протонен заряд и има RMS радиус от ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Магн. форм фактор H. е доста добре описан от т.нар. диполен f-loy Г М n = m n (1 + q 2 /0.71) -2 , където q 2 е квадратът на предадения импулс в единици (GeV/c) 2 .

По-сложен е въпросът за големината на електричеството. (зареждане) форм-фактор H. G Eн. От опитите за разсейване от дейтрон може да се заключи, че G Eн ( q 2 ) <= 0,1 в интервала на квадратите на предадените импулси (0-1) (GeV/c) 2 . В q 2 0 поради нула електричество. зареждане H. G Eн- > 0, но експериментално е възможно да се определи dG Eн ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Тази стойност е макс. точно установено от измерванията дължина на разсейване H. върху електронната обвивка на тежките атоми. Основен част от това взаимодействие се определя от магнитното. момент H. Макс. прецизните експерименти дават дължината на ne-разсейване но ne = -1,378(18) . 10 -16 см, което се различава от изчисленото, определено от магн. момент H.: а ne = -1,468. 10 -16 см. Разликата между тези стойности дава средния квадратен електричен корен. радиус H.<r 2 Е n >= = 0,088(12) Фили dG Eн ( q 2)/dq 2 | q 2 = 0 = -0,02 F 2. Тези цифри не могат да се считат за окончателни поради големия разсейване на данните. експерименти, които надвишават дадените грешки.

Характеристика на взаимодействието на H. с повечето ядра е положителна. дължина на разсейване, което води до кое. пречупване< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. неутронна оптика).

Х. и слабо (електрослабо) взаимодействие. Важен източник на информация за електрослабото взаимодействие е b-разпадът на свободния Н. На ниво кварк този процес съответства на прехода. Обратният процес на взаимодействието на електрон с протон, наречен. обратен b-разпад. Този клас процеси включва електронно улавяне, протичащи в ядра, re - n vд.

Разпадът на свободния H., като се вземе предвид кинематиката. параметри се описва с две константи - вектор G V, което се дължи на векторно запазване на токауниверсален слаба константа на взаимодействие и аксиален вектор G A, чиято стойност се определя от динамиката на силно взаимодействащите компоненти на нуклона – кварки и глуони. Вълнови функции на началния H. и крайния протон и преходния матричен елемент n p поради изотоп. инвариантите се изчисляват доста точно. В резултат на това изчислението на константите G VИ G Aот разпада на свободния Н. (за разлика от изчисленията от b-разпада на ядрата) не е свързан с отчитането на ядрените структурни фактори.

Животът на H. без да се вземат предвид някои корекции е: t n = килограма 2 V+ 3г 2 А) -1 , където квключва кинематични. фактори и кулоновите корекции в зависимост от граничната енергия на b-разпада и радиационни корекции.

Вероятност за разпадане на поляризатори. H. със спин С , енергии и импулси на електрона и антинеутриното и Р д, обикновено се описва с израза:

Коеф. корелации а, А, Б, Гможе да се представи като функция на параметъра а = (G A/G V,)exp( ие). Фазата f е различна от нула или p, ако т- инвариантността е нарушена. В табл. са дадени експерименти. стойности за тези коефициенти. и получените стойности аи е.

Има забележима разлика между данните експерименти за t n , достигайки няколко. процента.

Описанието на електрослабото взаимодействие с участието на H. при по-високи енергии е много по-трудно поради необходимостта да се вземе предвид структурата на нуклоните. Например, m - улавяне, m - p n v m се описва с поне два пъти броя на константите. H. изпитва и електрослабо взаимодействие с други адрони без участието на лептони. Тези процеси включват следното.

1) Разпадания на хиперони L np 0 , S + np + , S - np - и т.н. Намалената вероятност за тези разпада в няколко пъти по-малък, отколкото за нестранни частици, което се описва чрез въвеждане на ъгъла на Кабибо (виж фиг. cabibbo ъгъл).

2) Слабо взаимодействие n - n или n - p, което се проявява като ядрени сили, които не запазват пространства. паритет.Обикновената величина на причинените от тях ефекти е от порядъка на 10 -6 -10 -7 .

Взаимодействието на H. със средни и тежки ядра има редица особености, водещи в някои случаи до значително засилване на ефектите неспазване на паритета в ядрата. Един от тези ефекти е свързан. разликата между напречното сечение на абсорбция на H. c в посоката на разпространение и срещу него, което в случая на ядрото 139 La е 7% при \u003d 1,33 eV, съответства на Р-вълнов неутронен резонанс. Причината за усилването е комбинация от ниска енергия. ширината на състоянията на съставното ядро и високата плътност на нивата с противоположна четност в това съставно ядро, което осигурява 2-3 порядъка по-голямо смесване на компоненти с различен паритет, отколкото в ниско разположените състояния на ядрата. В резултат на това редица ефекти: асиметрията на излъчването на g-кванти по отношение на спина на уловените поляризатори. H. в реакцията (n, g), асиметрия на излъчване на заряд. частици по време на разпадането на съставните състояния в реакцията (n, p) или асиметрията на излъчването на лек (или тежък) фрагмент на делене в реакцията (n, p) е). Асиметриите имат стойност 10 -4 -10 -3 при топлинна енергия H. In Р-допълнително се реализират вълнови неутронни резонанси. подобрение, свързано с потискането на вероятността от образуване на компонент, запазващ паритета на това съединение (поради малката неутронна ширина Р-резонанс) по отношение на примесния компонент с противоположна четност, която е с-резонанс-сом. Това е комбинация от няколко Коефициентът на усилване позволява да се прояви изключително слаб ефект със стойност, характерна за ядреното взаимодействие.

Взаимодействия, нарушаващи барионното число. Теоретичен модели голямо обединениеИ суперсъюзипредсказват нестабилността на барионите - разпадането им на лептони и мезони. Тези разпади могат да бъдат забележими само за най-леките бариони - p и n, които са част от атомните ядра. За взаимодействие с промяна в барионното число с 1, D Б= 1, може да се очаква трансформация H. тип: n e + p - , или трансформация с излъчване на странни мезони. Търсенето на такива процеси е извършено в експерименти с помощта на подземни детектори с маса от няколко. хиляди тона. Въз основа на тези експерименти може да се заключи, че времето на разпадане на H. с нарушение на барионното число е повече от 10 32 години.

д-р възможен тип взаимодействие с D IN= 2 може да доведе до феномена на взаимно преобразуване H. и антинеутронивъв вакуум, тоест до трептене . При липса на външни полета или с тяхната малка стойност, състоянията на H. и антинеутрона са изродени, тъй като масите им са еднакви, следователно дори свръхслабото взаимодействие може да ги смеси. Критерият за малкостта на вътр. полета е малката енергия на взаимодействието на магнита. момент Х. с магн. поле (n и n ~ имат магнитни моменти, противоположни по знак) в сравнение с енергията, определена от времето тнаблюдения Х. (според отношението на несигурност), Д<=hT-един. При наблюдение на производството на антинеутрони в H. лъча от реактор или друг източник те времето на полет H. до детектора. Броят на антинеутроните в лъча нараства квадратно с времето на полета: /Нн ~ ~ (т/t osc) 2 , където t osc - време на трептене.

Директните експерименти за наблюдение на производството на и в студени H. лъчи от реактор с висок поток дават граница t osc > 10 7 s. В предстоящите експерименти можем да очакваме повишаване на чувствителността до ниво от t osc ~ 10 9 s. Ограничителни обстоятелства са макс. интензитет на лъчите H. и имитация на явленията на антинеутроните в детектора kosmich. лъчи.

д-р методът за наблюдение на трептения е наблюдението на анихилацията на антинеутрони, които могат да се образуват в стабилни ядра. В този случай, поради голямата разлика в енергиите на взаимодействие на възникващия антинеутрон в ядрото от енергията на свързване H. eff. времето за наблюдение става ~ 10 -22 s, но големият брой наблюдавани ядра (~10 32) частично компенсира намаляването на чувствителността в сравнение с експеримента с Н лъч. известна несигурност, в зависимост от непознаването на точния тип взаимодействие на антинеутрона вътре в ядрото, че t osc > (1-3) . 10 7 стр. същества. увеличаването на границата на t osc в тези експерименти е възпрепятствано от фона, причинен от взаимодействието на пространството. неутрино с ядра в подземни детектори.

Трябва да се отбележи, че търсенето на нуклонен разпад с D Б= 1 и търсенето на -осцилации са независими експерименти, тъй като са причинени от коренно различни. видове взаимодействия.

Гравитационно взаимодействие H. Неутронът е една от малкото елементарни частици, които попадат в гравитационното поле. Земното поле може да се наблюдава експериментално. Директното измерване за H. се извършва с точност 0,3% и не се различава от макроскопското. Остава въпросът за съответствието принцип на еквивалентност(равенства на инерционната и гравитационната маса) за Н. и протоните.

Най-точните експерименти са проведени по метода Et-vesh за тела с различни cf. релационни стойности A/Z, където НО- при. стая, З- заряд на ядрата (в единици елементарен заряд д). От тези експерименти следва същото ускорение на свободното падане за H. и протоните на ниво 2·10 -9 и равенството на гравитацията. и инерционна маса на ниво ~10 -12 .

Земно притегляне ускорението и забавянето намират широко приложение при експерименти с ултрастуден Н. Използването на гравитационните рефрактометър за студен и ултрастуден H. ви позволява да измервате дължината на кохерентното разсейване на H. върху вещество с голяма точност.

Х. по космология и астрофизика

Според съвременните репрезентации, в модела на Горещата Вселена (вж. теория на горещата вселена) образуването на бариони, включително протони и H., се случва в първите минути от живота на Вселената. В бъдеще определена част от H., която не е имала време да се разпадне, се улавя от протони с образуването на 4 He. Съотношението на водорода и 4 He в този случай е 70% до 30% тегловни. По време на образуването на звездите и тяхната еволюция, по-нататък нуклеосинтезадо железни ядра. Образуването на по-тежки ядра се случва в резултат на експлозии на свръхнови с раждането на неутронни звезди, създавайки възможност за последователност. H. улавяне от нуклиди. В същото време комбинацията от т.нар. с-процес - бавно улавяне на H. с b-разпад между последователни улавяния и r-процес - бързо следване. улавяне по време на експлозии на звезди в главната. може да обясни наблюдаваното изобилие от елементив космоса обекти.

В първичния компонент на космическото H. лъчите вероятно липсват поради тяхната нестабилност. H., образуван близо до повърхността на Земята, дифундиращ в космоса. пространството и разпадането там, очевидно, допринасят за образуването на електронните и протонните компоненти радиационни поясиЗемята.

букв.:Гуревич И. С., Тарасов Л. В., Физика на неутроните с ниска енергия, М., 1965; Александров Ю. А.,. Основни свойства на неутрона, 2-ро изд., М., 1982.

Нека да поговорим как да намерим протони, неутрони и електрони. Има три вида елементарни частици в един атом и всяка има свой собствен елементарен заряд, маса.

Структурата на ядрото

За да разберете как да намерите протони, неутрони и електрони, представете си, че това е основната част на атома. Вътре в ядрото има протони и неутрони, наречени нуклони. Вътре в ядрото тези частици могат да преминават една в друга.

Например, за да се намерят в него протони, неутрони и електрони е необходимо да се знае неговият пореден номер. Ако вземем предвид, че именно този елемент оглавява периодичната система, тогава нейното ядро съдържа един протон.

Диаметърът на атомното ядро е десет хилядна от общия размер на атома. Той съдържа по-голямата част от целия атом. Масата на ядрото е хиляди пъти по-голяма от сумата на всички електрони, присъстващи в атома.

Характеризиране на частиците

Помислете как да намерите протони, неутрони и електрони в атом и научете за техните характеристики. Протонът е този, който съответства на ядрото на водородния атом. Масата му надвишава електрона с 1836 пъти. За да определите електрическата единица, преминаваща през проводник с дадено напречно сечение, използвайте електрически заряд.

Всеки атом има определен брой протони в ядрото си. Това е постоянна стойност, която характеризира химичните и физичните свойства на даден елемент.

Как да намерим протони, неутрони и електрони във въглероден атом? Атомният номер на този химичен елемент е 6, следователно ядрото съдържа шест протона. Според планетарната система шест електрона се движат по орбити около ядрото. За да определим броя на неутроните от стойността на въглерода (12), извадете броя на протоните (6), получаваме шест неутрона.

За атом на желязо броят на протоните съответства на 26, тоест този елемент има 26-ия пореден номер в периодичната таблица.

Неутронът е електрически неутрална частица, нестабилна в свободно състояние. Неутронът може спонтанно да се трансформира в положително зареден протон, като същевременно излъчва антинеутрино и електрон. Средният му полуживот е 12 минути. Масовото число е сумата от броя на протоните и неутроните в ядрото на атома. Нека се опитаме да разберем как да намерим протони, неутрони и електрони в йон? Ако един атом придобие положително състояние на окисление по време на химическо взаимодействие с друг елемент, тогава броят на протоните и неутроните в него не се променя, само електроните стават по-малки.

Заключение

Имаше няколко теории относно структурата на атома, но нито една от тях не беше жизнеспособна. Преди версията, създадена от Ръдърфорд, нямаше подробно обяснение за местоположението на протоните и неутроните вътре в ядрото, както и за въртенето в кръгови орбити на електроните. След появата на теорията за планетарната структура на атома, изследователите имаха възможност не само да определят броя на елементарните частици в атома, но и да предскажат физичните и химичните свойства на определен химичен елемент.

Целият материален свят, според съвременната физика, е изграден 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 една елементарна частица на материята - протона. 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 колкото по-голямо количество енергия едновременно сгъва активен квант, толкова по-мощни са дифузиращите енергийни потоци, 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 своя партньор и концентрацията му на свободна енергия попада в зоната на действие на точката на анихилация на съседа. 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 (електрона) 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...

ТОЧКА НА ОБЩА АННИХИЛАЦИЯ - е обединението 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 анихилация на атом на химичен елемент, или общо унищожение точки на атоми на химични елементи - в обща точка на анихилация на молекула.

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 деутериевите атоми 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:

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.
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.

В изграждането на атоми на химични елементи, молекули на химични вещества, физически тела се проявява най-важният закон за взаимодействие между 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:

Всеки период в атома е пръстен от сдвоени структури.
Центърът на атома винаги е зает от четворната структура на хелиевия атом.
Всички сдвоени структури от един и същи период са разположени строго в една и съща равнина.
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 спрямо този нов период като единна интегрална 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 на правилен кръг - става единна, интегрална, завършена 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 нараства експоненциално. 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 "извивки" позволяват образуването на различни периоди с 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 (или по-скоро: 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. Непълният външен период на атом на химичен елемент го прави химически активен.

Разстоянията между периодите, които са много по-големи от разстоянията между сдвоените частици в рамките на един 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 на 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. И свързаната енергия вътре в частицата ще започне да преразпределя своята плътност.

Какво ни интересува тук?

Тъй като цикълът на анихилация е разделен на две фази: фаза на поглъщане на енергия и фаза на движение на енергията (запълване на празнотата), средната скорост на енергийните потоци в областта на точката на унищожение ще намалее, грубо казано, с коефициент на две.

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.

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.
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.
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 маса има едно физическо тяло, толкова по-голяма е дължината на вълната му.

Страница 1

Неутронният заряд е нула. Следователно неутроните не играят роля в големината на заряда на ядрото на атома. Серийният номер на хрома е равен на същата стойност.

Протонен заряд qp e Неутронният заряд е равен на нула.

Лесно е да се види, че в този случай зарядът на неутрона е нула, а този на протона е 1, както се очаква. Получават се всички бариони, включени в две семейства - осем и десет. Мезоните са съставени от кварк и антикварк. Лентата означава антикварки; техният електрически заряд се различава по знак от този на съответния кварк. Странен кварк не влиза в пи-мезон, пи-мезони, както вече казахме, са частици със странност и спин равен на нула.

Тъй като зарядът на протона е равен на заряда на електрона и зарядът на неутрона е равен на куршума, тогава ако силното взаимодействие е изключено, взаимодействието на протона с електромагнитното поле A ще бъде обичайното взаимодействие на частицата на Дирак - Yp / V. Неутронът няма да има електромагнитно взаимодействие.

Обозначения: 67 - разлика в заряда между електрон и протон; q е неутронният заряд; qg е абсолютната стойност на заряда на електрона.

Ядрото се състои от положително заредени елементарни частици - протони и неутрони, които не носят заряд.

Основата на съвременните представи за структурата на материята е твърдението за съществуването на атоми на материята, състоящи се от положително заредени протони и беззаредени неутрони, образуващи положително заредено ядро, и отрицателно заредени електрони, въртящи се около ядрото. Енергийните нива на електроните, според тази теория, са дискретни по природа и загубата или придобиването на някаква допълнителна енергия от тях се разглежда като преход от едно разрешено енергийно ниво към друго. В този случай дискретната природа на електронните енергийни нива става причина за едно и също дискретно поглъщане или излъчване на енергия от електрон по време на прехода от едно енергийно ниво към друго.

Приехме, че зарядът на атом или молекула се определя напълно от скаларната сума q Z (q Nqn, където Z е броят на двойките електрон-протон, (q qp - qe е разликата в зарядите на електрона и протона , N е броят на неутроните, а qn е зарядът на неутрона.

Ядреният заряд се определя само от броя на протоните Z, а масовото му число A съвпада с общия брой на протоните и неутроните. Тъй като зарядът на неутрона е нула, няма електрическо взаимодействие според закона на Кулон между два неутрона, а също и между протон и неутрон. В същото време между двата протона действа електрическа отблъскваща сила.

Освен това, в границите на точността на измерването, никога не е регистриран нито един процес на сблъсък, при който законът за запазване на заряда не би бил спазен. Например, негъвкавостта на неутроните в еднородни електрически полета позволява да се счита, че неутронният заряд е равен на нула с точност 1 (H7 на заряда на електрона.

Вече казахме, че разликата между магнитния момент на протон и един ядрен магнетон е невероятен резултат. Още по-изненадващо (Изглежда, че има магнитен момент за неутрон без заряд.

Лесно е да се види, че тези сили не се свеждат до нито един от видовете сили, разгледани в предишните части на курса по физика. Всъщност, ако приемем, например, че гравитационните сили действат между нуклони в ядрата, тогава е лесно да се изчисли от известните маси на протони и неутрони, че енергията на свързване на частица ще бъде незначителна - тя ще бъде 1036 пъти по-малка от наблюдаваната експериментално. Отпада и предположението за електрическата природа на ядрените сили. Всъщност в този случай е невъзможно да си представим стабилно ядро, състоящо се от един зареден протон и без заряд на неутрон.

Силната връзка, която съществува между нуклони в ядрото, показва наличието в атомните ядра на специални, така наречените ядрени сили. Лесно е да се види, че тези сили не се свеждат до нито един от видовете сили, разгледани в предишните части на курса по физика. Всъщност, ако приемем, например, че гравитационните сили действат между нуклони в ядрата, тогава е лесно да се изчисли от известните маси на протона и неутрона, че енергията на свързване на частица ще бъде незначителна - тя ще бъде 1038 пъти по-малка от което се наблюдава експериментално. Отпада и предположението за електрическата природа на ядрените сили. Всъщност в този случай е невъзможно да си представим стабилно ядро, състоящо се от един зареден протон и без заряд на неутрон.