Parlons de la façon de trouver des protons, des neutrons et des électrons. Particules élémentaires

Traduction

Au centre de chaque atome se trouve le noyau, une minuscule collection de particules appelées protons et neutrons. Dans cet article, nous étudierons la nature des protons et des neutrons, qui sont constitués de particules encore plus petites - quarks, gluons et antiquarks. (Les gluons, comme les photons, sont leurs propres antiparticules.) Les quarks et les gluons, à notre connaissance, peuvent être véritablement élémentaires (indivisibles et non composés de quelque chose de plus petit). Mais à eux plus tard.

Étonnamment, les protons et les neutrons ont presque la même masse - jusqu'à un pourcentage :

0,93827 GeV/c 2 pour un proton,
0,93957 GeV/c 2 pour un neutron.

C'est la clé de leur nature - ils sont en fait très similaires. Oui, il y a une différence évidente entre eux : le proton a une charge électrique positive, tandis que le neutron n'a pas de charge (il est neutre, d'où son nom). En conséquence, les forces électriques agissent sur le premier, mais pas sur le second. A première vue, cette distinction semble très importante ! Mais en fait ce n'est pas le cas. Dans tous les autres sens, le proton et le neutron sont presque jumeaux. Ils ont non seulement des masses identiques, mais aussi la structure interne.

Parce qu'ils sont si similaires et parce que ces particules constituent des noyaux, les protons et les neutrons sont souvent appelés nucléons.

Les protons ont été identifiés et décrits vers 1920 (bien qu'ils aient été découverts plus tôt ; le noyau d'un atome d'hydrogène n'est qu'un seul proton), et les neutrons ont été découverts vers 1933. Le fait que les protons et les neutrons soient si similaires les uns aux autres a été compris presque immédiatement. Mais le fait qu'ils aient une taille mesurable comparable à la taille du noyau (environ 100 000 fois plus petit qu'un atome de rayon) n'était connu qu'en 1954. Quarks, antiquarks et gluons ont été progressivement compris du milieu des années 1960 au milieu des années 1970. À la fin des années 70 et au début des années 80, notre compréhension des protons, des neutrons et de leur composition s'était largement stabilisée et est restée inchangée depuis.

Les nucléons sont beaucoup plus difficiles à décrire que les atomes ou les noyaux. Cela ne veut pas dire que les atomes sont en principe simples, mais au moins on peut dire sans hésitation qu'un atome d'hélium est constitué de deux électrons en orbite autour d'un minuscule noyau d'hélium ; et le noyau d'hélium est un groupe assez simple de deux neutrons et de deux protons. Mais avec les nucléons, tout n'est pas si simple. J'ai déjà écrit dans l'article "Qu'est-ce qu'un proton, et qu'est-ce qu'il a à l'intérieur ?" que l'atome est comme un menuet élégant, et le nucléon est comme une fête sauvage.

La complexité du proton et du neutron semble réelle et ne résulte pas d'une connaissance physique incomplète. Nous avons des équations utilisées pour décrire les quarks, les antiquarks et les gluons, et les fortes forces nucléaires qui s'exercent entre eux. Ces équations sont appelées QCD, de "chromodynamique quantique". La précision des équations peut être testée de différentes manières, notamment en mesurant le nombre de particules qui apparaissent au Large Hadron Collider. En branchant les équations QCD dans un ordinateur et en exécutant des calculs sur les propriétés des protons et des neutrons, et d'autres particules similaires (collectivement appelées "hadrons"), nous obtenons des prédictions des propriétés de ces particules qui se rapprochent bien des observations faites dans le monde réel . Par conséquent, nous avons des raisons de croire que les équations QCD ne mentent pas et que notre connaissance du proton et du neutron est basée sur les équations correctes. Mais avoir les bonnes équations ne suffit pas, car :

Des équations simples peuvent avoir des solutions très complexes,
Parfois, il n'est pas possible de décrire des solutions complexes de manière simple.

Pour autant que nous puissions en juger, c'est exactement le cas des nucléons : ce sont des solutions complexes à des équations QCD relativement simples, et il n'est pas possible de les décrire en quelques mots ou images.

En raison de la complexité inhérente des nucléons, vous, le lecteur, devrez faire un choix : que voulez-vous savoir sur la complexité décrite ? Peu importe jusqu'où vous irez, vous ne serez probablement pas satisfait: plus vous en apprendrez, plus le sujet deviendra compréhensible, mais la réponse finale restera la même - le proton et le neutron sont très complexes. Je peux vous proposer trois niveaux de compréhension, de plus en plus détaillés ; vous pouvez vous arrêter après n'importe quel niveau et passer à d'autres sujets, ou vous pouvez plonger jusqu'au dernier. Chaque niveau soulève des questions auxquelles je peux en partie répondre dans le suivant, mais de nouvelles réponses soulèvent de nouvelles questions. En résumé - comme je le fais dans des discussions professionnelles avec des collègues et des étudiants avancés - je ne peux que vous renvoyer aux données d'expériences réelles, à divers arguments théoriques influents et à des simulations informatiques.

Premier niveau de compréhension

De quoi sont composés les protons et les neutrons ?

Riz. 1 : une version trop simplifiée des protons, composés de seulement deux quarks up et un down, et des neutrons, composés de seulement deux quarks down et un up

Pour simplifier les choses, de nombreux livres, articles et sites Web indiquent que les protons sont constitués de trois quarks (deux en haut et un en bas) et dessinent quelque chose comme une figure. 1. Le neutron est le même, composé uniquement d'un quark up et de deux quarks down. Cette image simple illustre ce que certains scientifiques croyaient, principalement dans les années 1960. Mais il est vite devenu clair que ce point de vue était trop simplifié au point qu'il n'était plus correct.

À partir de sources d'informations plus sophistiquées, vous apprendrez que les protons sont constitués de trois quarks (deux en haut et un en bas) maintenus ensemble par des gluons - et une image similaire à celle de la Fig. 2, où les gluons sont dessinés comme des ressorts ou des cordes qui retiennent les quarks. Les neutrons sont les mêmes, avec un seul quark up et deux quarks down.

Riz. 2 : amélioration fig. 1 en raison de l'accent mis sur le rôle important de la force nucléaire forte, qui maintient les quarks dans le proton

Pas si mal pour décrire les nucléons, car cela souligne le rôle important de la force nucléaire forte, qui maintient les quarks dans le proton au détriment des gluons (de la même manière que le photon, la particule qui compose la lumière, est associée à la force électromagnétique). Mais c'est aussi déroutant car cela n'explique pas vraiment ce que sont les gluons ou ce qu'ils font.

Il y a des raisons d'aller de l'avant et de décrire les choses comme je l'ai fait dans : un proton est composé de trois quarks (deux up et un down), d'un tas de gluons et d'une montagne de paires quark-antiquark (principalement des quarks up et down , mais il y en a aussi quelques-uns bizarres) . Ils volent tous d'avant en arrière à des vitesses très élevées (approchant la vitesse de la lumière); tout cet ensemble est maintenu par la force nucléaire forte. J'ai montré cela sur la Fig. 3. Les neutrons sont à nouveau les mêmes, mais avec un quark up et deux quarks down ; le quark qui a changé de propriétaire est indiqué par une flèche.

Riz. 3 : représentation plus réaliste, mais pas encore idéale, des protons et des neutrons

Ces quarks, antiquarks et gluons non seulement se déplacent d'avant en arrière, mais entrent également en collision les uns avec les autres et se transforment l'un en l'autre par des processus tels que l'annihilation des particules (dans laquelle un quark et un antiquark du même type se transforment en deux gluons, ou vice-versa). versa) ou absorption et émission d'un gluon (dans lequel un quark et un gluon peuvent entrer en collision et produire un quark et deux gluons, ou vice versa).

Le point commun entre ces trois descriptions :

Deux quarks up et un quark down (plus quelque chose d'autre) pour un proton.
Un quark up et deux quarks down (plus autre chose) pour un neutron.
"Quelque chose d'autre" pour les neutrons est la même chose que "quelque chose d'autre" pour les protons. C'est-à-dire que les nucléons ont "quelque chose d'autre" identique.
La petite différence de masse entre le proton et le neutron apparaît en raison de la différence de masse du quark down et du quark up.

Et depuis:

pour les quarks up, la charge électrique est de 2/3 e (où e est la charge du proton, -e est la charge de l'électron),
les quarks down ont une charge de -1/3e,
les gluons ont une charge de 0,
tout quark et son antiquark correspondant ont une charge totale de 0 (par exemple, le quark anti-down a une charge de +1/3e, donc le quark down et l'antiquark down auront une charge de –1/3 e +1/ 3e = 0),

Chaque figure attribue la charge électrique du proton à deux quarks up et un down, et "quelque chose d'autre" ajoute à la charge 0. De même, le neutron a une charge nulle en raison d'un quark up et de deux quarks down :

charge électrique totale du proton 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
la charge électrique totale du neutron est 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Ces descriptions diffèrent comme suit :

combien "quelque chose d'autre" à l'intérieur du nucléon,
qu'est-ce qu'il fait là
d'où viennent la masse et l'énergie de masse (E = mc 2 , l'énergie qui y est présente même lorsque la particule est au repos) du nucléon.

Étant donné que la majeure partie de la masse d'un atome, et donc de toute la matière ordinaire, est contenue dans les protons et les neutrons, ce dernier point est extrêmement important pour une compréhension correcte de notre nature.

Riz. 1 dit que les quarks, en fait, représentent un tiers d'un nucléon - un peu comme un proton ou un neutron représente un quart d'un noyau d'hélium ou 1/12 d'un noyau de carbone. Si cette image était vraie, les quarks du nucléon se déplaceraient relativement lentement (à des vitesses beaucoup plus lentes que la vitesse de la lumière) avec des forces relativement faibles agissant entre eux (bien qu'avec une force puissante les maintenant en place). La masse du quark, haut et bas, serait alors de l'ordre de 0,3 GeV/c 2 , soit environ le tiers de la masse d'un proton. Mais c'est une image simple, et les idées qu'elle impose sont tout simplement fausses.

Riz. 3. donne une idée complètement différente du proton, comme un chaudron de particules le traversant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Ces particules entrent en collision les unes avec les autres, et dans ces collisions certaines d'entre elles s'annihilent et d'autres sont créées à leur place. Les gluons n'ont pas de masse, les masses des quarks supérieurs sont d'environ 0,004 GeV/c 2 et les masses des quarks inférieurs sont d'environ 0,008 GeV/c 2 - des centaines de fois moins qu'un proton. D'où vient l'énergie de masse du proton, la question est complexe : une partie provient de l'énergie de la masse des quarks et antiquarks, une partie provient de l'énergie de mouvement des quarks, antiquarks et gluons, et une partie (éventuellement positive , éventuellement négative) de l'énergie emmagasinée dans l'interaction nucléaire forte, qui maintient ensemble les quarks, les antiquarks et les gluons.

En un sens, la Fig. 2 essaie d'éliminer la différence entre la fig. 1 et fig. 3. Il simplifie le riz. 3, supprimant de nombreuses paires quark-antiquark, qui, en principe, peuvent être qualifiées d'éphémères, car elles apparaissent et disparaissent constamment et ne sont pas nécessaires. Mais cela donne l'impression que les gluons dans les nucléons font directement partie de la force nucléaire forte qui retient les protons. Et cela n'explique pas d'où vient la masse du proton.

À la fig. 1 présente un autre inconvénient, outre les cadres étroits du proton et du neutron. Il n'explique pas certaines des propriétés d'autres hadrons, comme le pion et le méson rho. Les mêmes problèmes existent sur la Fig. 2.

Ces restrictions ont conduit au fait que je donne à mes étudiants et sur mon site Web une image de la fig. 3. Mais je tiens à vous avertir qu'il comporte également de nombreuses limitations, que j'examinerai plus tard.

Il convient de noter que l'extrême complexité de la structure, impliquée dans la Fig. 3 doit être attendu d'un objet maintenu ensemble par une force aussi puissante que la force nucléaire forte. Et encore une chose : trois quarks (deux vers le haut et un vers le bas pour un proton) qui ne font pas partie d'un groupe de paires quark-antiquark sont souvent appelés "quarks de valence", et les paires de quarks-antiquarks sont appelées une "mer de paires de quarks." Un tel langage est techniquement pratique dans de nombreux cas. Mais cela donne la fausse impression que si vous pouviez regarder à l'intérieur du proton et regarder un quark particulier, vous pourriez immédiatement dire s'il faisait partie de la mer ou d'une valence. Cela ne peut pas être fait, il n'y a tout simplement pas un tel moyen.

Masse des protons et masse des neutrons

Étant donné que les masses du proton et du neutron sont si similaires, et que le proton et le neutron ne diffèrent que par le remplacement d'un quark up par un quark down, il semble probable que leurs masses sont fournies de la même manière, proviennent de la même source , et leur différence réside dans la légère différence entre les quarks up et down. . Mais les trois figures ci-dessus montrent qu'il existe trois points de vue très différents sur l'origine de la masse du proton.

Riz. 1 dit que les quarks up et down représentent simplement 1/3 de la masse du proton et du neutron : environ 0,313 GeV/c 2 , soit à cause de l'énergie nécessaire pour maintenir les quarks dans le proton. Et puisque la différence entre les masses d'un proton et d'un neutron est une fraction de pour cent, la différence entre les masses d'un quark up et down doit également être une fraction de pour cent.

Riz. 2 est moins clair. Quelle fraction de la masse d'un proton existe grâce aux gluons ? Mais, en principe, il découle de la figure que la plus grande partie de la masse du proton provient toujours de la masse des quarks, comme sur la Fig. une.

Riz. 3 reflète une approche plus subtile de la façon dont la masse du proton se produit réellement (comme nous pouvons le vérifier directement par des calculs informatiques du proton, et non directement en utilisant d'autres méthodes mathématiques). Il est très différent des idées présentées dans la Fig. 1 et 2, et il s'avère que ce n'est pas si simple.

Pour comprendre comment cela fonctionne, il faut penser non pas en termes de masse m du proton, mais en termes d'énergie de masse E = mc 2 , l'énergie associée à la masse. La question conceptuellement correcte n'est pas "d'où vient la masse du proton m", après quoi vous pouvez calculer E en multipliant m par c 2 , mais le contraire : "d'où vient l'énergie de la masse du proton E", après quoi vous pouvez calculer la masse m en divisant E par c 2 .

Il est utile de classer les contributions à l'énergie de masse du proton en trois groupes :

A) L'énergie de masse (énergie de repos) des quarks et antiquarks qu'elle contient (les gluons, particules sans masse, n'apportent aucune contribution).
B) Énergie de mouvement (énergie cinétique) des quarks, antiquarks et gluons.
C) L'énergie d'interaction (énergie de liaison ou énergie potentielle) stockée dans l'interaction nucléaire forte (plus précisément, dans les champs de gluons) retenant le proton.

Riz. 3 dit que les particules à l'intérieur du proton se déplacent à grande vitesse, et qu'il est plein de gluons sans masse, donc la contribution de B) est supérieure à A). Habituellement, dans la plupart des systèmes physiques, B) et C) sont comparables, tandis que C) est souvent négatif. Ainsi, l'énergie de masse du proton (et du neutron) est principalement dérivée de la combinaison de B) et C), avec A) contribuant une petite fraction. Par conséquent, les masses du proton et du neutron n'apparaissent principalement pas à cause des masses des particules qu'ils contiennent, mais à cause des énergies de mouvement de ces particules et de l'énergie de leur interaction associée aux champs de gluons qui génèrent les forces qui maintiennent le proton. Dans la plupart des autres systèmes que nous connaissons, l'équilibre des énergies est distribué différemment. Par exemple, dans les atomes et dans le système solaire, A) domine, tandis que B) et C) sont obtenus beaucoup moins et sont de taille comparable.

En résumé, nous précisons que :

Riz. 1 suggère que l'énergie de masse du proton provient de la contribution A).
Riz. 2 suggère que les deux contributions A) et C) sont importantes, et B) apporte une petite contribution.
Riz. 3 suggère que B) et C) sont importants, tandis que la contribution de A) est négligeable.

Nous savons que le riz est correct. 3. Pour le tester, nous pouvons exécuter des simulations informatiques, et plus important encore, grâce à divers arguments théoriques convaincants, nous savons que si les masses des quarks up et down étaient nulles (et tout le reste restait tel quel), la masse de le proton est pratiquement changerait. Ainsi, apparemment, les masses des quarks ne peuvent apporter une contribution importante à la masse du proton.

Si la fig. 3 ne ment pas, les masses du quark et de l'antiquark sont très petites. Comment sont-ils vraiment ? La masse du quark top (ainsi que de l'antiquark) ne dépasse pas 0,005 GeV/c 2 , ce qui est bien inférieur à 0,313 GeV/c 2 , ce qui découle de la Fig. 1. (La masse d'un quark up est difficile à mesurer et varie en raison d'effets subtils, elle pourrait donc être bien inférieure à 0,005 GeV/c2). La masse du quark bottom est supérieure d'environ 0,004 GeV/c 2 à la masse du quark top. Cela signifie que la masse de tout quark ou antiquark ne dépasse pas un pour cent de la masse d'un proton.

Notez que cela signifie (contrairement à la Fig. 1) que le rapport de la masse du quark down au quark up ne s'approche pas de l'unité ! La masse du quark down est au moins le double de celle du quark up. La raison pour laquelle les masses du neutron et du proton sont si similaires n'est pas que les masses des quarks up et down sont similaires, mais que les masses des quarks up et down sont très petites - et la différence entre elles est petite, par rapport aux masses du proton et du neutron. Rappelons que pour convertir un proton en neutron, il suffit de remplacer un de ses quarks up par un quark down (Figure 3). Ce changement est suffisant pour rendre le neutron légèrement plus lourd que le proton et faire passer sa charge de +e à 0.

Soit dit en passant, le fait que différentes particules à l'intérieur d'un proton entrent en collision les unes avec les autres, et apparaissent et disparaissent constamment, n'affecte pas les choses dont nous discutons - l'énergie est conservée dans toute collision. L'énergie de masse et l'énergie de mouvement des quarks et des gluons peuvent changer, ainsi que l'énergie de leur interaction, mais l'énergie totale du proton ne change pas, bien que tout à l'intérieur change constamment. La masse d'un proton reste donc constante, malgré son vortex interne.

À ce stade, vous pouvez vous arrêter et absorber les informations reçues. Étonnante! Pratiquement toute la masse contenue dans la matière ordinaire provient de la masse des nucléons dans les atomes. Et la majeure partie de cette masse provient du chaos inhérent au proton et au neutron - de l'énergie de mouvement des quarks, des gluons et des antiquarks dans les nucléons, et de l'énergie du travail des interactions nucléaires fortes qui maintiennent le nucléon dans son état entier. Oui : notre planète, nos corps, notre respiration sont le résultat d'un tel pandémonium silencieux et, jusqu'à récemment, inimaginable.

NEUTRON(n) (du lat. neutre - ni l'un ni l'autre) - une particule élémentaire avec zéro électrique. charge et masse, légèrement supérieures à la masse du proton. Avec le proton sous le nom général. Le nucléon fait partie des noyaux atomiques. H. a vrille 1/2 et obéit donc Statistiques Fermi - Dirac(est un fermion). appartient à la famille adra-nov ; possède nombre de baryons B= 1, c'est-à-dire inclus dans le groupe baryons.

Il a été découvert en 1932 par J. Chadwick, qui a montré que le rayonnement pénétrant dur résultant du bombardement des noyaux de béryllium par des particules a est constitué de particules électriquement neutres avec une masse approximativement égale à celle d'un proton. En 1932, D. D. Ivanenko et W. Heisenberg ont émis l'hypothèse que les noyaux atomiques sont constitués de protons et de H. Contrairement à la charge. particules, H. pénètre facilement dans les noyaux à n'importe quelle énergie et provoque avec une forte probabilité réactions nucléaires capturer (n,g), (n,a), (n, p) si le bilan énergétique de la réaction est positif. Probabilité d'exothermie augmente avec la décélération H. inversement proportionnelle. sa vitesse. Une augmentation de la probabilité des réactions de capture de H. lorsqu'elles sont ralenties dans des milieux contenant de l'hydrogène a été découverte par E. Fermi (E. Fermi) et ses collègues en 1934. La capacité de H. à provoquer la fission de noyaux lourds, découverte par O. Gan (O. Hahn) et F. Strassmann (F. . Strassman) en 1938 (voir fission nucléaire), a servi de base à la création d'armes nucléaires et. La particularité de l'interaction des neutrons lents avec la matière, qui ont une longueur d'onde de Broglie de l'ordre des distances atomiques (effets de résonance, diffraction, etc.), sert de base à la large utilisation des faisceaux de neutrons en physique du solide. (Classification des H. par énergie - rapide, lente, thermique, froide, ultrafroide - voir Art. physique des neutrons.)

À l'état libre, H. est instable - il subit une désintégration B; n p + e - + v e; sa durée de vie t n = 898(14) s, l'énergie limite du spectre électronique est de 782 keV (voir Fig. désintégration bêta des neutrons). À l'état lié, dans le cadre de noyaux stables, H. est stable (selon des estimations expérimentales, sa durée de vie dépasse 10 32 ans). D'après aster. On estime que 15% de la matière visible de l'Univers est représentée par H., qui font partie des noyaux 4 He. H. est le principal. composant étoiles à neutrons. Les H. libres dans la nature se forment lors de réactions nucléaires causées par des particules a de désintégration radioactive, rayons cosmiques et à la suite de la fission spontanée ou forcée de noyaux lourds. Arts. les sources de H. sont réacteurs nucléaires, explosions nucléaires, des accélérateurs de protons (pour cf. énergie) et d'électrons avec des cibles constituées d'éléments lourds. Les sources de faisceaux monochromatiques H. d'une énergie de 14 MeV sont de faible énergie. les accélérateurs de deutérons à cible tritium ou lithium, et à l'avenir, les installations thermonucléaires du CTS pourraient s'avérer être des sources intenses de H. (Cm. .)

Principales caractéristiques H.

Poids h. t p = 939,5731(27) MeV/c 2 = = 1,008664967(34) à. unités masse 1,675. 10 -24 G. La différence entre les masses de H. et le proton a été mesurée à partir du max. précision d'énergétique. bilan de la réaction de capture de H. par un proton : n + p d + g (g-énergie quantique = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Charge électrique H. Q n = 0. Mesures directes les plus précises Q n réalisée par la déflexion de faisceaux de H froid ou ultrafroid en électrostatique. domaine: Q n<= 3·10 -21 son est la charge de l'électron). Cosv. données électriques. neutralité macroscopique. quantité de gaz donnée Qn<= 2 10 -22 e.

Tourne H. J= 1 / 2 a été déterminé à partir d'expériences directes sur la séparation du faisceau H. dans un champ magnétique inhomogène. champ en deux composantes [dans le cas général, le nombre de composantes est (2 J + 1)].

Cohérent description de la structure des hadrons basée sur moderne. théorie de l'interaction forte - chromodynamique quantique- alors que rencontre théorique. difficultés, cependant, pour beaucoup les tâches sont tout à fait satisfaisantes. résultats donne une description de l'interaction des nucléons, représentés comme des objets élémentaires, par l'échange de mésons. Expérience. exploration des espaces. la structure H. est réalisée à l'aide de la diffusion de leptons de haute énergie (électrons, muons, neutrinos, considérés dans la théorie moderne comme des particules ponctuelles) sur les deutérons. La contribution de la diffusion sur un proton est mesurée en dep. expérience et peut être soustrait en utilisant def. calculer. procédures.

La diffusion élastique et quasi-élastique (avec dédoublement du deutéron) des électrons sur le deutéron permet de retrouver la répartition de la densité électrique. charge et aimant. moment H. ( facteur de forme H.). Selon l'expérience, la distribution de la densité magnétique. moment H. avec une précision de l'ordre de plusieurs. coïncide avec la distribution de la densité électrique. charge de proton et a un rayon RMS d'environ 0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. facteur de forme H. est assez bien décrit par le soi-disant. dipôle f-loy GM n = m n (1 + q 2 /0.71) -2 , où q 2 est le carré de la quantité de mouvement transférée en unités (GeV/c) 2 .

Plus compliquée est la question de l'ampleur de l'électrique. (charge) facteur de forme H. GE n.m. Des expériences sur la diffusion par le deutéron, on peut conclure que GE n ( q 2 ) <= 0,1 dans l'intervalle des carrés des impulsions transférées (0-1) (GeV/c) 2 . À q 2 0 dû au zéro électrique. charger H. GE n- > 0, mais expérimentalement il est possible de déterminer dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Cette valeur est maximale. trouvé exactement à partir des mesures longueur de diffusion H. sur la couche électronique des atomes lourds. Principale une partie de cette interaction est déterminée par le magnétique. moment H. Max. des expériences précises donnent la longueur de diffusion ne un ne = -1.378(18) . 10 -16 cm, qui diffère de celui calculé, déterminé par le magn. instant H. : un ne \u003d -1,468. 10 -16 cm La différence entre ces valeurs donne la racine carrée moyenne électrique. rayon H.<r 2 E n >= = 0.088(12) Fili dG E n ( q 2)/dq 2 | q 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F 2. Ces chiffres ne peuvent pas être considérés comme définitifs en raison de la grande dispersion des données décomposées. expériences qui dépassent les erreurs données.

Une caractéristique de l'interaction de H. avec la plupart des noyaux est positive. longueur de diffusion, qui conduit au coefficient. réfraction< 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. optique à neutrons).

Interaction H. et faible (électrofaible). Une importante source d'information sur l'interaction électrofaible est la désintégration b de H libre. Au niveau des quarks, ce processus correspond à la transition. Le processus inverse de l'interaction d'un électron avec un proton, appelé. désintégration b inverse. Cette classe de processus comprend capture électronique, se déroulant dans les noyaux, re - n v e.

La décroissance de H. libre, en tenant compte de la cinématique. paramètres est décrit par deux constantes - vecteur G V, ce qui est dû à conservation du courant vectoriel universel constante d'interaction faible et vecteur axial GA, dont la valeur est déterminée par la dynamique des composants en interaction forte du nucléon - quarks et gluons. Fonctions d'onde du H initial et du proton final et de l'élément de matrice de transition n p dues à l'isotope. les invariances sont calculées assez précisément. Par conséquent, le calcul des constantes G V et GA de la désintégration de H. libre (contrairement aux calculs de la désintégration b des noyaux) n'est pas liée à la prise en compte des facteurs structurels nucléaires.

La durée de vie de H. sans prendre en compte certaines corrections est : t n = kg 2 V+ 3g 2 UN) -1 , où k inclut la cinématique. facteurs et les corrections de Coulomb en fonction de l'énergie limite de la désintégration b et corrections radiatives.

Probabilité de désintégration des polariseurs. H. avec rotation S , les énergies et les impulsions de l'électron et de l'antineutrino et R e, est généralement décrit par l'expression :

Coef. corrélations a, A, B, D peut être représenté en fonction du paramètre un = (GA/G V,)exp( je F). La phase f est non nulle ou p si J- l'invariance est rompue. En tableau. des expériences sont données. valeurs pour ces coefficients. et les valeurs résultantes un et f.

Il y a une différence notable entre les données expériences pour t n , atteignant plusieurs. pour cent.

La description de l'interaction électrofaible impliquant H. à des énergies plus élevées est beaucoup plus difficile en raison de la nécessité de prendre en compte la structure des nucléons. Par exemple, m - capture, m - p n v m est décrit par au moins deux fois le nombre de constantes. H. subit également une interaction électrofaible avec d'autres hadrons sans la participation de leptons. Ces processus comprennent les suivants.

1) Désintégrations des hypérons L np 0 , S + np + , S - np - etc. La probabilité réduite de ces désintégrations dans plusieurs fois plus petit que pour les particules non étranges, ce qui est décrit en introduisant l'angle de Cabibbo (voir Fig. coin cabibbo).

2) Interaction faible n - n ou n - p, qui se manifeste par des forces nucléaires qui ne préservent pas les espaces. parité.L'ampleur habituelle des effets qu'elles provoquent est de l'ordre de 10 -6 -10 -7 .

L'interaction de H. avec les noyaux moyens et lourds présente un certain nombre de caractéristiques, conduisant dans certains cas à une renforcer les effets non-conservation de la parité dans les noyaux. L'un de ces effets est lié. la différence entre la section efficace d'absorption de H. c dans la direction de propagation et contre elle, qui dans le cas du noyau 139 La est de 7% à \u003d 1,33 eV, correspond à R-onde de résonance neutronique. La raison de l'amplification est une combinaison de faible énergie. la largeur des états du noyau composé et la haute densité de niveaux avec une parité opposée dans ce noyau composé, ce qui fournit un mélange de composants de 2 à 3 ordres de grandeur supérieur avec une parité différente que dans les états bas des noyaux. Il en résulte un certain nombre d'effets : l'asymétrie de l'émission des g-quanta par rapport au spin des polariseurs capturés. H. dans la réaction (n, g), asymétrie d'émission de charge. particules lors de la désintégration d'états composés dans la réaction (n, p) ou de l'asymétrie de l'émission d'un fragment de fission léger (ou lourd) dans la réaction (n, p) F). Les asymétries ont une valeur de 10 -4 -10 -3 à l'énergie thermique H. Dans R-les résonances neutroniques des ondes sont réalisées en plus. amélioration associée à la suppression de la probabilité de formation d'un composant préservant la parité de cet état composé (en raison de la faible largeur des neutrons R-résonance) par rapport au composant d'impureté avec la parité opposée, qui est s-résonance-poisson-chat. C'est la combinaison de plusieurs Le facteur d'amplification permet à un effet extrêmement faible de se manifester avec une valeur caractéristique de l'interaction nucléaire.

Interactions violant le nombre de baryons. Théorique des modèles grande unification et superunions prédire l'instabilité des baryons - leur désintégration en leptons et en mésons. Ces désintégrations ne peuvent être perceptibles que pour les baryons les plus légers - p et n, qui font partie des noyaux atomiques. Pour une interaction avec un changement du nombre de baryons de 1, D B= 1, on s'attendrait à une transformation de type H. : n e + p - , soit une transformation avec émission de mésons étranges. La recherche de tels processus a été effectuée dans des expériences utilisant des détecteurs souterrains d'une masse de plusieurs. mille tonnes. Sur la base de ces expériences, on peut conclure que le temps de désintégration de H. avec violation du nombre de baryons est supérieur à 10 32 ans.

Dr. type d'interaction possible avec D À= 2 peut conduire au phénomène d'interconversion H. et antineutrons dans le vide, c'est-à-dire à l'oscillation . En l'absence d'externe champs ou avec leur petite valeur, les états de H. et de l'antineutron sont dégénérés, puisque leurs masses sont les mêmes, donc même une interaction superfaible peut les mélanger. Le critère de la petitesse de l'ext. champs est la petitesse de l'énergie d'interaction de l'aimant. moment H. avec magn. champ (n et n ~ ont des moments magnétiques opposés en signe) par rapport à l'énergie déterminée par le temps J observations H. (selon la relation d'incertitude), D<=hT-une . Lors de l'observation de la production d'antineutrons dans le faisceau H. d'un réacteur ou d'une autre source J est le temps de vol H. jusqu'au détecteur. Le nombre d'antineutrons dans le faisceau augmente quadratiquement avec le temps de vol : /N n ~ ~ (J/t osc) 2 , où t osc - temps d'oscillation.

Des expériences directes d'observation de la production de et dans des faisceaux H. froids d'un réacteur à haut flux donnent une limite to osc > 10 7 s. Dans les expériences à venir, on peut s'attendre à une augmentation de la sensibilité jusqu'à un niveau de tosc ~ 10 9 s. Les circonstances limitantes sont max. intensité des faisceaux H. et imitation des phénomènes d'antineutrons dans le détecteur kosmich. des rayons.

Dr. la méthode d'observation des oscillations est l'observation de l'annihilation des antineutrons, qui peuvent se former dans des noyaux stables. Dans ce cas, en raison de la grande différence entre les énergies d'interaction de l'antineutron émergent dans le noyau et l'énergie de liaison H. eff. le temps d'observation devient ~ 10 -22 s, mais le grand nombre de noyaux observés (~10 32) compense en partie la baisse de sensibilité par rapport à l'expérience faisceau H. une certaine incertitude, dépendant de l'ignorance du type exact d'interaction de l'antineutron à l'intérieur du noyau, que to osc > (1-3) . 10 7 p. Créatures. l'augmentation de la limite de tosc dans ces expériences est entravée par le bruit de fond causé par l'interaction de l'espace. neutrinos avec des noyaux dans des détecteurs souterrains.

Il est à noter que la recherche de la désintégration du nucléon avec D B= 1 et la recherche des -oscillations sont des expériences indépendantes, puisqu'elles sont provoquées par des phénomènes fondamentalement différents. types d'interactions.

Interaction gravitationnelle H. Le neutron est l'une des rares particules élémentaires qui tombent dans le champ gravitationnel. Le champ terrestre peut être observé expérimentalement. La mesure directe pour H. est effectuée avec une précision de 0,3% et ne diffère pas de macroscopique. La question de la conformité demeure principe d'équivalence(égalités des masses inertielle et gravitationnelle) pour H. et les protons.

Les expériences les plus précises ont été réalisées par la méthode Et-vesh pour des corps avec différents cf. valeurs de relation A/Z, où MAIS- à. salle, Z- charge des noyaux (en unités de charge élémentaire e). De ces expériences découle la même accélération de chute libre pour H. et les protons au niveau de 2·10 -9 , et l'égalité de gravité. et masse inertielle au niveau de ~10 -12 .

La gravité l'accélération et la décélération sont largement utilisées dans les expériences avec H ultrafroid. L'utilisation de la gravitationnelle réfractomètre pour froid et ultrafroid H. vous permet de mesurer la longueur de diffusion cohérente H. sur une substance avec une grande précision.

H. en cosmologie et astrophysique

Selon la modernité représentations, dans le modèle de l'Univers Chaud (cf. théorie de l'univers chaud) la formation de baryons, y compris les protons et H., se produit dans les premières minutes de la vie de l'Univers. À l'avenir, une certaine partie de H., qui n'a pas eu le temps de se désintégrer, est capturée par des protons avec formation de 4 He. Le rapport de l'hydrogène et de 4 He est dans ce cas de 70 % à 30 % en poids. Au cours de la formation des étoiles et de leur évolution, d'autres nucléosynthèse jusqu'aux noyaux de fer. La formation de noyaux plus lourds se produit à la suite d'explosions de supernova avec la naissance d'étoiles à neutrons, créant la possibilité d'une succession. H. capture par les nucléides. Dans le même temps, la combinaison de ce qu'on appelle. s-processus - capture lente de H. avec désintégration b entre captures successives et r-processus - suivi rapide. capture lors d'explosions d'étoiles dans l'ensemble. peut expliquer ce que l'on observe abondance d'éléments dans l'espace objets.

Dans la composante primaire du cosmique Les rayons H. sont probablement absents en raison de leur instabilité. H., formé près de la surface de la Terre, diffusant dans l'espace. l'espace et s'y désintégrer, apparemment, contribuent à la formation des composants électroniques et protoniques ceintures de rayonnement Terre.

Litt. : Gurevich I. S., Tarasov L. V., Physique des neutrons de basse énergie, M., 1965; Alexandrov Yu. A.,. Propriétés fondamentales du neutron, 2e éd., M., 1982.

Parlons de la façon de trouver des protons, des neutrons et des électrons. Il existe trois types de particules élémentaires dans un atome, et chacune a sa propre charge élémentaire, sa masse.

La structure du noyau

Afin de comprendre comment trouver des protons, des neutrons et des électrons, imaginez que c'est la partie principale de l'atome. À l'intérieur du noyau se trouvent des protons et des neutrons appelés nucléons. A l'intérieur du noyau, ces particules peuvent passer les unes dans les autres.

Par exemple, pour trouver des protons, des neutrons et des électrons, il est nécessaire de connaître son numéro de série. Si l'on tient compte du fait que c'est cet élément qui dirige le système périodique, alors son noyau contient un proton.

Le diamètre d'un noyau atomique est égal au dix millième de la taille totale d'un atome. Il contient la majeure partie de l'atome entier. La masse du noyau est des milliers de fois supérieure à la somme de tous les électrons présents dans l'atome.

Caractérisation des particules

Considérez comment trouver des protons, des neutrons et des électrons dans un atome et découvrez leurs caractéristiques. Le proton est celui qui correspond au noyau de l'atome d'hydrogène. Sa masse dépasse l'électron de 1836 fois. Pour déterminer l'unité d'électricité traversant un conducteur de section donnée, utilisez une charge électrique.

Chaque atome a un certain nombre de protons dans son noyau. C'est une valeur constante qui caractérise les propriétés chimiques et physiques d'un élément donné.

Comment trouver des protons, des neutrons et des électrons dans un atome de carbone ? Le numéro atomique de cet élément chimique est 6, par conséquent, le noyau contient six protons. Selon le système planétaire, six électrons se déplacent en orbite autour du noyau. Pour déterminer le nombre de neutrons à partir de la valeur du carbone (12) soustraire le nombre de protons (6), on obtient six neutrons.

Pour un atome de fer, le nombre de protons correspond à 26, c'est-à-dire que cet élément porte le 26e numéro de série dans le tableau périodique.

Le neutron est une particule électriquement neutre, instable à l'état libre. Un neutron est capable de se transformer spontanément en un proton chargé positivement, tout en émettant un antineutrino et un électron. Sa demi-vie moyenne est de 12 minutes. Le nombre de masse est la somme du nombre de protons et de neutrons à l'intérieur du noyau d'un atome. Essayons de comprendre comment trouver des protons, des neutrons et des électrons dans un ion ? Si un atome acquiert un état d'oxydation positif lors d'une interaction chimique avec un autre élément, le nombre de protons et de neutrons qu'il contient ne change pas, seuls les électrons deviennent plus petits.

Conclusion

Il y avait plusieurs théories concernant la structure de l'atome, mais aucune d'entre elles n'était viable. Avant la version créée par Rutherford, il n'y avait aucune explication détaillée de l'emplacement des protons et des neutrons à l'intérieur du noyau, ainsi que de la rotation des électrons sur des orbites circulaires. Après l'avènement de la théorie de la structure planétaire de l'atome, les chercheurs ont eu la possibilité non seulement de déterminer le nombre de particules élémentaires dans un atome, mais également de prédire les propriétés physiques et chimiques d'un élément chimique particulier.

Le monde matériel tout entier, selon la physique moderne, est construit à partir de trois particules élémentaires : le proton, le neutron et l'électron. De plus, selon la science, il existe d'autres particules "élémentaires" de matière dans l'univers, dont certains noms sont clairement plus que la norme. En même temps, la fonction de ces autres "particules élémentaires" dans l'existence et l'évolution de l'univers n'est pas claire.

Considérons une autre interprétation des particules élémentaires :

Il n'y a qu'une seule particule élémentaire de matière - le proton. Toutes les autres "particules élémentaires", y compris le neutron et l'électron, ne sont que des dérivés du proton, et elles jouent un rôle très modeste dans l'évolution de l'univers. Considérons comment ces "particules élémentaires" se forment.

Nous avons examiné en détail la structure d'une particule élémentaire de matière dans l'article "". En bref sur la particule élémentaire :

Une particule élémentaire de matière a la forme d'un fil allongé dans l'espace.
Une particule élémentaire est capable de s'étirer. Au cours du processus d'étirement, la densité de matière à l'intérieur d'une particule élémentaire diminue.
La section d'une particule élémentaire, où la densité de la matière diminue de moitié, nous l'appelons quantique de matière .
Dans le processus de mouvement, la particule élémentaire absorbe continuellement (plis, ) de l'énergie.
Point d'absorption d'énergie( point d'annihilation ) est à la pointe du vecteur mouvement d'une particule élémentaire.
Plus précisément : sur la pointe du quantum actif de matière.
Absorbant de l'énergie, la particule élémentaire augmente continuellement la vitesse de son mouvement vers l'avant.
La particule élémentaire de matière est un dipôle. Dans lequel les forces attractives sont concentrées dans la partie avant (dans le sens du mouvement) de la particule, et les forces répulsives sont concentrées dans la partie arrière.

La propriété d'être élémentaire dans l'espace signifie théoriquement la possibilité de réduire à zéro la densité de la matière. Et cela, à son tour, signifie la possibilité de sa rupture mécanique: le lieu de rupture d'une particule élémentaire de matière peut être représenté comme sa section à densité nulle de matière.

Dans le processus d'annihilation (absorption d'énergie), une particule élémentaire, repliant l'énergie, augmente continuellement la vitesse de son mouvement de translation dans l'espace.

L'évolution de la galaxie conduit finalement les particules élémentaires de matière au moment où elles deviennent capables d'exercer un effet d'arrachement les unes sur les autres. Les particules élémentaires peuvent ne pas se rencontrer sur des parcours parallèles, lorsqu'une particule s'approche d'une autre lentement et en douceur, comme un navire vers un quai. Ils peuvent se rencontrer dans l'espace et sur des trajectoires opposées. Ensuite, une collision dure et, par conséquent, une rupture d'une particule élémentaire est presque inévitable. Ils peuvent subir une très puissante onde de perturbation d'énergie, qui conduit également à une rupture.

Quels peuvent être les "débris" formés à la suite de la rupture d'une particule élémentaire de matière ?

Considérons le cas où, à la suite d'une influence extérieure, des particules élémentaires de matière - un atome de deutérium - se sont désintégrées en un proton et un neutron.

La rupture de la structure des paires ne se produit pas à l'endroit de leur connexion -. L'une des deux particules élémentaires de la structure paire se casse.

Le proton et le neutron diffèrent l'un de l'autre par leur structure.

Un proton est une particule élémentaire légèrement raccourcie (après une cassure),
neutron - une structure composée d'une particule élémentaire à part entière et d'une "souche" - la pointe avant et légère de la première particule.

Une particule élémentaire à part entière a un ensemble complet - "N" quanta de matière dans sa composition. Le proton a des quanta de matière "N-n". Le neutron a des quanta "N + n".

Le comportement du proton est clair. Même ayant perdu les quanta finaux de matière, il continue activement l'énergie : la densité de matière de son nouveau quantum final correspond toujours aux conditions d'annihilation. Ce nouveau quantum final de matière devient un nouveau point d'annihilation. En général, le proton se comporte comme prévu. Les propriétés des protons sont bien décrites dans n'importe quel manuel de physique. Seulement, il deviendra un peu plus léger que son homologue "à part entière" - une particule élémentaire de matière à part entière.

Le neutron se comporte différemment. Considérons d'abord la structure du neutron. C'est sa structure qui explique son "étrangeté".

Essentiellement, le neutron se compose de deux parties. La première partie est une particule élémentaire de matière à part entière avec un point d'annihilation à son extrémité avant. La deuxième partie est une "souche" légère fortement raccourcie de la première particule élémentaire, laissée après la rupture de la double structure, et ayant également un point d'annihilation. Ces deux parties sont reliées entre elles par des points d'annihilation. Ainsi, le neutron a un double point d'annihilation.

La logique de la pensée suggère que ces deux parties pondérées du neurone se comporteront différemment. Si la première partie, qui est une particule élémentaire de poids total, annihilera, comme prévu, l'énergie libre et s'accélérera progressivement dans l'espace de l'univers, alors la seconde partie, légère, commencera à annihiler l'énergie libre à un rythme plus élevé.

Le mouvement d'une particule élémentaire de matière dans l'espace s'effectue grâce à : l'énergie diffusante entraîne une particule tombée dans ses flux. Il est clair que moins une particule de matière est massive, plus il est facile pour les flux d'énergie d'entraîner cette particule avec elle, plus la vitesse de cette particule est élevée. Il est clair que plus la quantité d'énergie qui replie simultanément un quantum actif est importante, plus les flux d'énergie diffusants sont puissants, plus il est facile pour ces flux d'entraîner une particule avec eux. On obtient la dépendance : La vitesse du mouvement de translation d'une particule de matière dans l'espace est proportionnelle à la masse de matière de son quantum actif et est inversement proportionnelle à la masse totale de la particule de matière :

La seconde partie légère du neutron a une masse plusieurs fois inférieure à la masse d'une particule élémentaire de matière de poids total. Mais les masses de leurs quanta actifs sont égales. C'est-à-dire qu'ils anéantissent l'énergie au même rythme. On obtient : la vitesse du mouvement de translation de la seconde partie du neutron aura tendance à augmenter rapidement, et il commencera à annihiler l'énergie plus rapidement. (Afin de ne pas introduire de confusion, nous appellerons la seconde partie, légère, du neutron un électron).

dessin d'un neutron

Une quantité fortement croissante d'énergie annihilée simultanément par un électron, alors qu'il est dans la composition d'un neutron, conduit à l'inertie du neutron. L'électron commence à annihiler plus d'énergie que son "voisin" - une particule élémentaire à part entière. Il ne peut pas encore se détacher du point commun d'annihilation des neutrons : de puissantes forces d'attraction interfèrent. En conséquence, l'électron commence à "manger" derrière le point d'annihilation commun.

Dans le même temps, l'électron commence à se déplacer par rapport à son partenaire et sa concentration d'énergie libre tombe dans la zone d'action du point d'annihilation de son voisin. Qui commence immédiatement à "manger" cet épaississement. Une telle commutation d'un électron et d'une particule à part entière vers des ressources "internes" - la condensation d'énergie libre derrière le point d'annihilation - conduit à une chute rapide des forces d'attraction et de répulsion du neutron.

Le détachement de l'électron de la structure générale du neutron se produit au moment où le déplacement de l'électron par rapport à une particule élémentaire de poids plein devient suffisamment important, la force tendant à rompre les liaisons d'attraction de deux points d'annihilation commence à dépasser la force d'attraction de ces points d'annihilation, et la seconde partie légère du neutron (électron) s'envole rapidement.

En conséquence, le neutron se désintègre en deux unités: une particule élémentaire à part entière - un proton et une partie légère et raccourcie d'une particule élémentaire de matière - un électron.

Selon les données modernes, la structure d'un seul neutron existe pendant environ quinze minutes. Il se désintègre alors spontanément en un proton et un électron. Ces quinze minutes sont le temps du déplacement de l'électron par rapport au point commun d'annihilation du neutron et de sa lutte pour sa « liberté ».

Résumons quelques résultats :

Le PROTON est une particule élémentaire de matière à part entière, avec un point d'annihilation, ou une partie lourde d'une particule élémentaire de matière, qui reste après que les quanta de lumière en ont été séparés.
NEUTRON est une structure double, ayant deux points d'annihilation, et constituée d'une particule élémentaire de matière, et d'une partie avant légère d'une autre particule élémentaire de matière.
ÉLECTRON - la partie avant de la particule élémentaire de matière, qui a un point d'annihilation, constitué de quanta de lumière, formé à la suite de la rupture de la particule élémentaire de matière.
La structure « proton-neutron » reconnue par la science est l'ATOME DE DEUTÉRIUM, une structure de deux particules élémentaires qui possède un double point d'annihilation.

Un électron n'est pas une particule élémentaire indépendante tournant autour du noyau d'un atome.

L'électron, tel que le considère la science, n'entre pas dans la composition de l'atome.

Et le noyau d'un atome, en tant que tel, n'existe pas dans la nature, tout comme il n'y a pas de neutron sous la forme d'une particule élémentaire indépendante de matière.

L'électron et le neutron sont tous deux des dérivés d'une structure de paires de deux particules élémentaires, après qu'elle se soit brisée en deux parties inégales sous l'effet d'une influence extérieure. Dans la composition d'un atome de tout élément chimique, un proton et un neutron forment une structure de paire standard - deux particules élémentaires de poids total - deux protons unis par des points d'annihilation.

En physique moderne, il existe une position inébranlable selon laquelle le proton et l'électron ont des charges électriques égales mais opposées. Apparemment, à la suite de l'interaction de ces charges opposées, elles sont attirées l'une vers l'autre. Explication assez logique. Il reflète correctement le mécanisme du phénomène, mais il est complètement faux - son essence.

Les particules élémentaires n'ont ni charges "électriques" positives ni négatives, tout comme il n'y a pas de forme spéciale de matière sous la forme d'un "champ électrique". Une telle "électricité" est une invention de l'homme, causée par son incapacité à expliquer l'état actuel des choses.

Le lien "électrique" et électron entre eux est en fait créé par des flux d'énergie dirigés vers leurs points d'annihilation, du fait de leur mouvement vers l'avant dans l'espace de l'univers. Lorsqu'ils tombent dans la zone d'action des forces d'attraction les uns des autres. Cela ressemble vraiment à une interaction d'amplitude égale mais de charges électriques opposées.

"charges électriques similaires", par exemple : deux protons ou deux électrons a aussi une explication différente. La répulsion se produit lorsqu'une des particules entre dans la zone d'action des forces répulsives d'une autre particule, c'est-à-dire la zone de condensation d'énergie derrière son point d'annihilation. Nous en avons parlé dans un article précédent.

L'interaction "proton - antiproton", "électron - positron" a également une explication différente. Par une telle interaction, nous entendons l'interaction de l'esprit des protons ou des électrons lorsqu'ils se déplacent sur une trajectoire de collision. Dans ce cas, du fait de leur interaction uniquement par attraction (il n'y a pas de répulsion, puisque la zone de répulsion de chacun d'eux est derrière eux), leur contact dur se produit. En conséquence, au lieu de deux protons (électrons), nous obtenons des «particules élémentaires» complètement différentes, qui sont en fait des dérivés de l'interaction rigide de ces deux protons (électrons).

La structure atomique des substances. Modèle d'atome

Considérez la structure de l'atome.

Le neutron et l'électron - en tant que particules élémentaires de matière - n'existent pas. C'est ce dont nous avons parlé plus haut. En conséquence: il n'y a pas de noyau d'un atome et de sa couche d'électrons. Cette erreur est un puissant obstacle à la poursuite des recherches sur la structure de la matière.

La seule particule élémentaire de matière n'est que le proton. Un atome de tout élément chimique est constitué de structures appariées de deux particules élémentaires de matière (à l'exception des isotopes, où davantage de particules élémentaires sont ajoutées à la structure appariée).

Pour poursuivre notre raisonnement, il est nécessaire de considérer le concept de point d'annihilation commun.

Les particules élémentaires de matière interagissent entre elles par des points d'annihilation. Cette interaction conduit à la formation de structures matérielles : atomes, molécules, corps physiques... Qui ont un point d'annihilation commun aux atomes, un point d'annihilation commun aux molécules...

POINT D'ANNIHILATION GÉNÉRAL - est l'union de deux points d'annihilation simples de particules élémentaires de matière en un point d'annihilation commun d'une structure de paire, ou points d'annihilation communs de structures de paire en un point d'annihilation commun d'un atome d'un élément chimique, ou annihilation commune points d'atomes d'éléments chimiques - en un point d'annihilation commun d'une molécule.

L'essentiel ici est que l'union des particules de matière agit comme attraction et répulsion en tant qu'objet intégral unique. En fin de compte, même n'importe quel corps physique peut être représenté comme un point commun d'anéantissement de ce corps physique : ce corps attire à lui d'autres corps physiques comme un seul objet physique intégral, comme un seul point d'anéantissement. Dans ce cas, nous obtenons des phénomènes gravitationnels - l'attraction entre les corps physiques.

Dans la phase du cycle de développement de la galaxie, lorsque les forces d'attraction deviennent suffisamment importantes, l'unification des atomes de deutérium dans les structures d'autres atomes commence. Les atomes d'éléments chimiques se forment séquentiellement, à mesure que la vitesse du mouvement de translation des particules élémentaires de matière augmente (lire: la vitesse du mouvement de translation de la galaxie dans l'espace de l'univers augmente) en attachant de nouvelles structures de paires de particules élémentaires de la matière à l'atome de deutérium.

L'unification se produit séquentiellement : dans chaque nouvel atome, une nouvelle structure de paire de particules élémentaires de matière apparaît (moins souvent, une seule particule élémentaire). Ce qui nous donne la combinaison d'atomes de deutérium dans la structure d'autres atomes :

Un point commun d'annihilation de l'atome apparaît. Cela signifie que notre atome interagira par attraction et répulsion avec tous les autres atomes et particules élémentaires comme une seule structure intégrale.
L'espace de l'atome apparaît, à l'intérieur duquel la densité d'énergie libre dépassera plusieurs fois la densité d'énergie libre en dehors de son espace. Une densité d'énergie très élevée derrière un seul point d'annihilation à l'intérieur de l'espace d'un atome n'aura tout simplement pas le temps de chuter fortement : les distances entre particules élémentaires sont trop petites. La densité d'énergie libre moyenne dans l'espace intraatomique est plusieurs fois supérieure à la valeur de la constante de densité d'énergie libre de l'espace de l'univers.

Dans la construction d'atomes d'éléments chimiques, de molécules de substances chimiques, de corps physiques, la loi d'interaction la plus importante entre les particules matérielles et les corps se manifeste:

La force des liaisons gravitationnelles intranucléaires, chimiques, électriques dépend des distances entre les points d'annihilation à l'intérieur d'un atome, entre les points d'annihilation communs des atomes à l'intérieur des molécules, entre les points d'annihilation communs des molécules à l'intérieur des corps physiques, entre les corps physiques. Plus la distance entre les points d'annihilation communs est petite, plus les forces attractives agissent entre eux.

Il est clair que:

Par liaisons intranucléaires, nous entendons les interactions entre les particules élémentaires et entre les structures de paires au sein des atomes.
Par liaisons chimiques, nous entendons les interactions entre les atomes dans la structure des molécules.
Par liaisons électriques, on entend les interactions entre molécules entrant dans la composition des corps physiques, liquides, gaz.
Par liaisons gravitationnelles, nous entendons les interactions entre corps physiques.

La formation du deuxième élément chimique - l'atome d'hélium - se produit lorsque la galaxie accélère dans l'espace à une vitesse suffisamment élevée. Lorsque la force d'attraction de deux atomes de deutérium atteint une grande valeur, ils s'approchent à une distance qui leur permet de se combiner en un structure quadruple de l'atome d'hélium.

Une nouvelle augmentation de la vitesse du mouvement progressif de la galaxie conduit à la formation d'atomes des éléments chimiques suivants (selon le tableau périodique). En même temps: la genèse des atomes de chaque élément chimique correspond à sa propre vitesse strictement définie du mouvement progressif de la galaxie dans l'espace de l'univers. Appelons-la le taux standard de formation d'un atome d'un élément chimique .

L'atome d'hélium est le deuxième atome après l'hydrogène à se former dans la galaxie. Puis, à mesure que la vitesse du mouvement vers l'avant de la galaxie augmente, le prochain atome de deutérium traverse l'atome d'hélium. Cela signifie que la vitesse du mouvement vers l'avant de la galaxie a atteint le taux standard de formation d'un atome de lithium. Ensuite, il atteindra le taux standard de formation d'un atome de béryllium, de carbone ..., et ainsi de suite, selon le tableau périodique.

modèle d'atome

Dans le schéma ci-dessus, nous pouvons voir que :

Chaque période de l'atome est un anneau de structures appariées.
Le centre de l'atome est toujours occupé par la structure quadruple de l'atome d'hélium.
Toutes les structures appariées de la même période sont situées strictement dans le même plan.
Les distances entre les périodes sont beaucoup plus grandes que les distances entre les structures de paires au sein d'une même période.

Bien sûr, c'est un schéma très simplifié, et il ne reflète pas toutes les réalités de la construction des atomes. Par exemple : chaque nouvelle structure de paires, rejoignant un atome, déplace le reste des structures de paires de la période à laquelle elle se rattache.

On obtient le principe de construction d'une période en forme d'anneau autour du centre géométrique de l'atome :

la structure d'époque est construite sur un seul plan. Ceci est facilité par le vecteur général du mouvement de translation de toutes les particules élémentaires de la galaxie.
des structures de paires de même période sont construites autour du centre géométrique de l'atome à égale distance.
l'atome autour duquel se construit une nouvelle période se comporte vis-à-vis de cette nouvelle période comme un seul système intégral.

On obtient ainsi la régularité la plus importante dans la construction des atomes d'éléments chimiques :

RÉGULARITÉ D'UN NOMBRE STRICTEMENT DÉTERMINÉ DE STRUCTURES PAIRES : simultanément, à une certaine distance du centre géométrique du point commun d'annihilation d'un atome, on ne peut localiser qu'un certain nombre de structures paires de particules élémentaires de matière.

C'est-à-dire: dans les deuxième et troisième périodes du tableau périodique - huit éléments chacun, dans le quatrième, cinquième - dix-huit, dans le sixième, septième - trente-deux. Le diamètre croissant de l'atome permet au nombre de structures appariées d'augmenter à chaque période suivante.

Il est clair que ce schéma détermine le principe de périodicité dans la construction des atomes d'éléments chimiques, découvert par D.I. Mendeleev.

Chaque période à l'intérieur de l'atome d'un élément chimique se comporte par rapport à lui comme un seul système intégral. Ceci est déterminé par des sauts dans les distances entre les périodes : beaucoup plus grandes que les distances entre les structures de paires au sein d'une période.

Un atome avec une période incomplète présente une activité chimique conformément à la régularité ci-dessus. Puisqu'il y a un déséquilibre des forces d'attraction et de répulsion de l'atome en faveur des forces d'attraction. Mais avec l'ajout de la dernière structure de paires, le déséquilibre disparaît, la nouvelle période prend la forme d'un cercle régulier - elle devient un système unique, intégral et complet. Et nous obtenons un atome d'un gaz inerte.

Le modèle le plus important de construction de la structure d'un atome est : l'atome a une cascade planestructure . Quelque chose comme un lustre.

les structures de paires de même période doivent être situées dans le même plan perpendiculaire au vecteur du mouvement de translation de l'atome.
en même temps, les périodes dans l'atome doivent cascader.

Cela explique pourquoi dans les deuxième et troisième périodes (ainsi que dans les quatrième - cinquième, sixième - septième) le même nombre de structures appariées (voir la figure ci-dessous). Une telle structure d'un atome est une conséquence de la répartition des forces d'attraction et de répulsion d'une particule élémentaire : les forces attractives agissent dans l'hémisphère avant (dans le sens du mouvement) de la particule, les forces répulsives - dans l'hémisphère arrière.

Sinon, les concentrations d'énergie libre derrière les points d'annihilation de certaines structures de paires tombent dans la zone d'attraction des points d'annihilation d'autres structures de paires, et l'atome s'effondrera inévitablement.

Ci-dessous, nous voyons une image volumétrique schématique de l'atome d'argon

modèle d'atome d'argon

Dans la figure ci-dessous, nous pouvons voir une "coupe", une "vue de côté" de deux périodes d'un atome - la deuxième et la troisième :

C'est exactement ainsi que les structures appariées doivent être orientées, par rapport au centre de l'atome, dans des périodes avec un nombre égal de structures appariées (la deuxième - la troisième, la quatrième - la cinquième, la sixième - la septième).

La quantité d'énergie dans la condensation derrière le point d'annihilation d'une particule élémentaire augmente continuellement. Cela ressort clairement de la formule :

E 1 ~m(C+W)/2

E 2 ~m(C–W)/2

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

∆E~W×m

où:

E 1 est la quantité d'énergie libre enroulée (absorbée) par le point d'annihilation de l'hémisphère avant du mouvement.

E 2 est la quantité d'énergie libre du point d'annihilation plié (absorbé) de l'hémisphère arrière de mouvement.

ΔЕ est la différence entre la quantité d'énergie libre enroulée (absorbée) des hémisphères avant et arrière du mouvement d'une particule élémentaire.

W est la vitesse de déplacement d'une particule élémentaire.

Ici, nous voyons une augmentation continue de la masse de condensation d'énergie derrière le point d'annihilation d'une particule en mouvement, à mesure que la vitesse de son mouvement vers l'avant augmente.

Dans la structure de l'atome, cela se manifestera par le fait que la densité d'énergie derrière la structure de chaque atome suivant augmentera de façon exponentielle. Les points d'annihilation se tiennent avec leur force d'attraction avec une "poigne de fer". Dans le même temps, la force répulsive croissante détournera de plus en plus les structures de paires de l'atome les unes des autres. Nous obtenons donc une construction plate en cascade d'un atome.

L'atome, en forme, devrait ressembler à la forme d'un bol, où le "fond" est la structure de l'atome d'hélium. Et les "bords" du bol sont la dernière période. Lieux des "plis du bol": le deuxième - le troisième, le quatrième - le cinquième, le sixième - le septième périodes. Ces "courbures" permettent la formation de périodes différentes avec un nombre égal de structures appariées.

modèle d'atome d'hélium

C'est la structure plate en cascade de l'atome et la disposition en anneau des structures de paires qui déterminent la périodicité et la rangée de construction du système périodique des éléments chimiques de Mendeleïev, la périodicité de la manifestation de propriétés chimiques similaires des atomes d'un rangée du tableau périodique.

La structure plane - en cascade de l'atome donne l'apparence d'un espace unique de l'atome avec une haute densité d'énergie libre.

Toutes les structures de paires d'un atome sont orientées dans la direction du centre de l'atome (plus précisément : dans la direction d'un point situé sur l'axe géométrique de l'atome, dans la direction du mouvement de l'atome).
Tous les points d'annihilation individuels sont situés le long des anneaux de périodes à l'intérieur de l'atome.
Tous les amas d'énergie libre individuels sont situés derrière leurs points d'annihilation.

Le résultat : une seule concentration d'énergie libre à haute densité, dont les limites sont les limites de l'atome. Ces limites, comme nous le comprenons, sont les limites de l'action des forces connues en science sous le nom de forces de Yukawa.

La structure plan-cascade de l'atome donne une certaine redistribution des zones de forces d'attraction et de répulsion. On observe déjà la redistribution des zones de forces d'attraction et de répulsion dans la structure jumelée :

La zone d'action des forces répulsives de la structure paire augmente en raison de la zone d'action des forces de son attraction (par rapport aux particules élémentaires simples). La zone d'action des forces attractives diminue en conséquence. (La zone d'action de la force d'attraction diminue, mais pas la force elle-même). La structure en cascade plate de l'atome nous donne une augmentation encore plus grande de la zone d'action des forces répulsives de l'atome.

A chaque nouvelle période, la zone d'action des forces répulsives tend à former une boule pleine.
La zone d'action des forces d'attraction sera un cône de diamètre toujours décroissant

Dans la construction d'une nouvelle période de l'atome, une autre régularité peut être tracée : toutes les structures de paires d'une période sont situées de manière strictement symétrique par rapport au centre géométrique de l'atome, quel que soit le nombre de structures de paires dans la période.

Chaque nouvelle structure de paires, se rejoignant, modifie l'emplacement de toutes les autres structures de paires de la période afin que les distances entre elles dans la période soient toujours égales les unes aux autres. Ces distances diminuent avec l'ajout de la structure de paire suivante. La période externe incomplète d'un atome d'un élément chimique le rend chimiquement actif.

Les distances entre les périodes, qui sont beaucoup plus grandes que les distances entre les particules appariées au sein d'une période, rendent les périodes relativement indépendantes les unes des autres.

Chaque période de l'atome est liée à toutes les autres périodes et à l'atome entier en tant que structure entière indépendante.

Cela détermine que l'activité chimique de l'atome est déterminée à presque 100% uniquement par la dernière période de l'atome. La dernière période complètement remplie nous donne la zone remplie maximale des forces répulsives de l'atome. L'activité chimique d'un atome est presque nulle. Un atome, comme une balle, éloigne les autres atomes de lui-même. Nous voyons du gaz ici. Et pas seulement un gaz, mais un gaz inerte.

L'ajout de la première structure de paires de la nouvelle période modifie ce tableau idyllique. La répartition des zones d'action des forces de répulsion et d'attraction change en faveur des forces d'attraction. L'atome devient chimiquement actif. C'est un atome de métal alcalin.

Avec l'ajout de chaque structure de paire suivante, l'équilibre des zones de répartition des forces d'attraction et de répulsion de l'atome change : la zone des forces répulsives augmente, la zone des forces d'attraction diminue. Et chaque atome suivant devient un peu moins de métal et un peu plus de non-métal.

La forme en cascade plate des atomes, la redistribution des zones d'action des forces d'attraction et de répulsion nous donne ceci : Un atome d'un élément chimique, rencontrant un autre atome même sur une trajectoire de collision, tombe immanquablement dans la zone d'action des forces de répulsion de cet atome. Et il ne se détruit pas et ne détruit pas cet autre atome.

Tout cela nous amène à un résultat remarquable : les atomes d'éléments chimiques, entrant dans des composés les uns avec les autres, forment des structures tridimensionnelles de molécules. Contrairement à la structure plate en cascade des atomes. Une molécule est une structure tridimensionnelle stable d'atomes.

Considérez les flux d'énergie à l'intérieur des atomes et des molécules.

Tout d'abord, notons qu'une particule élémentaire va absorber de l'énergie par cycles. C'est-à-dire que dans la première moitié du cycle, la particule élémentaire absorbe l'énergie de l'espace le plus proche. Un vide se forme ici - un espace sans énergie libre.

Dans la seconde moitié du cycle : les énergies d'un environnement plus éloigné commenceront immédiatement à combler le vide résultant. Autrement dit, dans l'espace, il y aura des flux d'énergie dirigés vers le point d'annihilation. La particule reçoit une impulsion positive de mouvement de translation. Et l'énergie liée à l'intérieur de la particule commencera à redistribuer sa densité.

Qu'est-ce qui nous intéresse ici ?

Puisque le cycle d'annihilation est divisé en deux phases : la phase d'absorption d'énergie et la phase de mouvement d'énergie (remplissage du vide), la vitesse moyenne des flux d'énergie dans la région du point d'annihilation diminuera, grosso modo, d'un facteur de deux.

Et ce qui est extrêmement important :

Dans la construction des atomes, des molécules, des corps physiques, une régularité très importante se manifeste : la stabilité de toutes les structures matérielles, telles que: structures appariées - atomes de deutérium, périodes individuelles autour des atomes, atomes, molécules, corps physiques est assurée par le strict ordre de leurs processus d'annihilation.

Considère ceci.

Flux d'énergie générés par une structure de paires. Dans une structure de paires, les particules élémentaires annihilent l'énergie de manière synchrone. Sinon, les particules élémentaires "mangeraient" la concentration d'énergie derrière le point d'annihilation de l'autre. Nous obtenons des caractéristiques d'onde claires de la structure de la paire. De plus, nous vous rappelons qu'en raison de la nature cyclique des processus d'annihilation, la vitesse moyenne des flux d'énergie diminue ici de moitié.
L'énergie circule dans un atome. Le principe est le même : toutes les structures appariées de la même période doivent annihiler l'énergie de manière synchrone - dans des cycles synchrones. De même : les processus d'annihilation au sein de l'atome doivent être synchronisés entre les périodes. Toute asynchronie conduit à la destruction de l'atome. Ici, la synchronicité peut varier légèrement. On peut supposer que les périodes dans un atome annihilent l'énergie séquentiellement, l'une après l'autre, dans une onde.
L'énergie circule à l'intérieur d'une molécule, un corps physique. Les distances entre les atomes dans la structure d'une molécule sont plusieurs fois supérieures aux distances entre les périodes à l'intérieur d'un atome. De plus, la molécule a une structure en vrac. Comme tout corps physique, il a une structure tridimensionnelle. Il est clair que le synchronisme des processus d'annihilation ici doit être cohérent. Dirigé de la périphérie vers le centre, ou vice versa : du centre vers la périphérie - comptez comme vous voulez.

Le principe de synchronicité nous donne deux régularités supplémentaires :

La vitesse des flux d'énergie à l'intérieur des atomes, des molécules et des corps physiques est bien inférieure à la vitesse constante du mouvement de l'énergie dans l'espace de l'univers. Ce modèle nous aidera à comprendre (dans l'article #7) les processus de l'électricité.
Plus la structure que nous voyons est grande (successivement : particule élémentaire, atome, molécule, corps physique), plus grande sera la longueur d'onde dans ses caractéristiques ondulatoires que nous observerons. Ceci s'applique également aux corps physiques : plus la masse d'un corps physique est grande, plus sa longueur d'onde est grande.

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La charge des neutrons est nulle. Par conséquent, les neutrons ne jouent aucun rôle dans l'amplitude de la charge du noyau d'un atome. Le numéro de série du chrome est égal à la même valeur.

Charge du proton qp e La charge du neutron est égale à zéro.

Il est facile de voir que dans ce cas la charge du neutron est nulle, et celle du proton est de 1, comme prévu. Tous les baryons inclus dans deux familles sont obtenus - les huit et les dix. Les mésons sont constitués d'un quark et d'un antiquark. La barre indique les antiquarks ; leur charge électrique diffère en signe de celle du quark correspondant. Un quark étrange n'entre pas dans un méson pi, les mésons pi, comme nous l'avons déjà dit, sont des particules dont l'étrangeté et le spin sont égaux à zéro.

Puisque la charge du proton est égale à la charge de l'électron et que la charge du neutron est égale à la balle, alors si l'interaction forte est désactivée, l'interaction du proton avec le champ électromagnétique A sera l'interaction habituelle de la particule de Dirac - Yp/V. Le neutron n'aurait aucune interaction électromagnétique.

Désignations : 67 - différence de charge entre l'électron et le proton ; q est la charge du neutron ; qg est la valeur absolue de la charge électronique.

Le noyau est constitué de particules élémentaires chargées positivement - protons et neutrons qui ne portent pas de charge.

La base des idées modernes sur la structure de la matière est la déclaration sur l'existence d'atomes de matière, constitués de protons chargés positivement et de neutrons sans charge, formant un noyau chargé positivement et d'électrons chargés négativement tournant autour du noyau. Les niveaux d'énergie des électrons, selon cette théorie, sont de nature discrète, et la perte ou l'acquisition d'une certaine énergie supplémentaire par eux est considérée comme une transition d'un niveau d'énergie autorisé à un autre. Dans ce cas, la nature discrète des niveaux d'énergie électroniques devient la raison de la même absorption ou émission discrète d'énergie par un électron lors de la transition d'un niveau d'énergie à un autre.

Nous avons supposé que la charge d'un atome ou d'une molécule est entièrement déterminée par la somme scalaire q Z (q Nqn, où Z est le nombre de paires électron-proton, (q qp - qe est la différence des charges de l'électron et du proton , N est le nombre de neutrons et qn est la charge du neutron.

La charge nucléaire est déterminée uniquement par le nombre de protons Z et son nombre de masse A coïncide avec le nombre total de protons et de neutrons. La charge du neutron étant nulle, il n'y a pas d'interaction électrique selon la loi de Coulomb entre deux neutrons, et aussi entre un proton et un neutron. En même temps, une force électrique répulsive agit entre les deux protons.

De plus, dans les limites de la précision des mesures, pas un seul processus de collision n'a jamais été enregistré, dans lequel la loi de conservation de la charge ne serait pas observée. Par exemple, la rigidité des neutrons dans des champs électriques uniformes permet de considérer la charge du neutron comme égale à zéro avec une précision de 1 (H7 de la charge de l'électron.

Nous avons déjà dit que la différence entre le moment magnétique d'un proton et d'un magnéton nucléaire est un résultat étonnant. Encore plus surprenant (Il semble qu'il existe un moment magnétique pour un neutron sans charge.

Il est facile de voir que ces forces ne se réduisent à aucun des types de forces considérés dans les parties précédentes du cours de physique. En effet, si l'on suppose, par exemple, que les forces gravitationnelles agissent entre les nucléons dans les noyaux, alors il est facile de calculer à partir des masses connues des protons et des neutrons que l'énergie de liaison par particule sera négligeable - elle sera 1036 fois inférieure à celle observée expérimentalement. L'hypothèse sur la nature électrique des forces nucléaires disparaît également. En effet, dans ce cas, il est impossible d'imaginer un noyau stable constitué d'un seul proton chargé et d'un neutron sans charge.

La forte liaison qui existe entre les nucléons du noyau indique la présence dans les noyaux atomiques de forces spéciales dites nucléaires. Il est facile de voir que ces forces ne se réduisent à aucun des types de forces considérés dans les parties précédentes du cours de physique. En effet, si nous supposons, par exemple, que les forces gravitationnelles agissent entre les nucléons dans les noyaux, alors il est facile de calculer à partir des masses connues du proton et du neutron que l'énergie de liaison par particule sera négligeable - elle sera 1038 fois inférieure à celle observée expérimentalement. L'hypothèse sur la nature électrique des forces nucléaires disparaît également. En effet, dans ce cas, il est impossible d'imaginer un noyau stable constitué d'un seul proton chargé et d'un neutron sans charge.