तेल और गैस का बड़ा विश्वकोश। प्राथमिक कण

पूरा का पूरा भौतिक संसारआधुनिक भौतिकी के अनुसार, तीन प्राथमिक कणों से बना है: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन। इसके अलावा, विज्ञान के अनुसार, ब्रह्मांड में पदार्थ के अन्य "प्राथमिक" कण हैं, जिनमें से कुछ नाम आदर्श से स्पष्ट रूप से अधिक हैं। साथ ही, ब्रह्मांड के अस्तित्व और विकास में इन अन्य "प्राथमिक कणों" का कार्य स्पष्ट नहीं है।

प्राथमिक कणों की एक और व्याख्या पर विचार करें:

सिर्फ एक ही है प्राथमिक कणपदार्थ एक प्रोटॉन है। न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन सहित अन्य सभी "प्राथमिक कण", केवल प्रोटॉन के व्युत्पन्न हैं, और वे ब्रह्मांड के विकास में बहुत मामूली भूमिका निभाते हैं। आइए विचार करें कि ऐसे "प्राथमिक कण" कैसे बनते हैं।

हमने लेख "" में पदार्थ के एक प्राथमिक कण की संरचना की विस्तार से जांच की। संक्षेप में प्राथमिक कण के बारे में:

• पदार्थ के एक प्राथमिक कण में अंतरिक्ष में एक लम्बे धागे का रूप होता है।
• एक प्राथमिक कण खींचने में सक्षम है। खींचने की प्रक्रिया में, एक प्राथमिक कण के अंदर पदार्थ का घनत्व गिर जाता है।
• प्राथमिक कण का वह भाग जहाँ पदार्थ का घनत्व आधा हो जाता है, हम कहते हैं पदार्थ क्वांटम .
• गति की प्रक्रिया में, प्राथमिक कण लगातार ऊर्जा को अवशोषित (गुना) करता है।
• ऊर्जा अवशोषण बिंदु ( विनाश बिंदु ) एक प्राथमिक कण के गति वेक्टर की नोक पर है।
• अधिक सटीक: पदार्थ की सक्रिय मात्रा की नोक पर।
• ऊर्जा को अवशोषित करते हुए, प्राथमिक कण अपनी आगे की गति की गति को लगातार बढ़ाता है।
• पदार्थ का प्राथमिक कण द्विध्रुव है। जिसमें आकर्षण बल कण के अग्र भाग (गति की दिशा में) में तथा प्रतिकर्षण बल पीछे के भाग में संकेन्द्रित होते हैं।

सैद्धांतिक रूप से अंतरिक्ष में प्राथमिक होने के गुण का अर्थ है पदार्थ के घनत्व को शून्य तक कम करने की संभावना। और यह, बदले में, इसके यांत्रिक टूटने की संभावना का मतलब है: पदार्थ के एक प्राथमिक कण के टूटने की जगह को पदार्थ के शून्य घनत्व के साथ इसके खंड के रूप में दर्शाया जा सकता है।

विनाश (ऊर्जा का अवशोषण) की प्रक्रिया में, एक प्राथमिक कण, तह ऊर्जा, अंतरिक्ष में अपनी अनुवाद गति की गति को लगातार बढ़ाता है।

आकाशगंगा का विकास, अंत में, पदार्थ के प्राथमिक कणों को उस क्षण तक ले जाता है जब वे एक दूसरे पर फाड़ प्रभाव डालने में सक्षम हो जाते हैं। प्राथमिक कण समानांतर पाठ्यक्रमों पर नहीं मिल सकते हैं, जब एक कण दूसरे के पास धीरे-धीरे और सुचारू रूप से पहुंचता है, जैसे जहाज से घाट तक। वे अंतरिक्ष में और विपरीत पथ पर मिल सकते हैं। फिर एक कठिन टक्कर और, परिणामस्वरूप, एक प्राथमिक कण का टूटना लगभग अपरिहार्य है। वे ऊर्जा की गड़बड़ी की एक बहुत शक्तिशाली लहर के नीचे आ सकते हैं, जिससे टूटना भी होता है।

पदार्थ के एक प्राथमिक कण के फटने के परिणामस्वरूप बनने वाले "मलबे" क्या हो सकते हैं?

आइए हम उस मामले पर विचार करें, जब बाहरी प्रभाव के परिणामस्वरूप, पदार्थ के प्राथमिक कणों से - एक ड्यूटेरियम परमाणु - एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन में क्षय हो गया।

जोड़ी की संरचना का टूटना उनके कनेक्शन के स्थान पर नहीं होता है -। जोड़ी संरचना के दो प्राथमिक कणों में से एक टूट जाता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन अपनी संरचना में एक दूसरे से भिन्न होते हैं।

• एक प्रोटॉन थोड़ा छोटा (ब्रेक के बाद) प्राथमिक कण है,
• न्यूट्रॉन - एक संरचना जिसमें एक पूर्ण प्राथमिक कण और एक "स्टंप" होता है - पहले कण का सामने, हल्का सिरा।

एक पूर्ण विकसित प्राथमिक कण का एक पूरा सेट होता है - इसकी संरचना में "एन" पदार्थ क्वांटा। प्रोटॉन में "N-n" पदार्थ क्वांटा होता है। न्यूट्रॉन में "N + n" क्वांटा होता है।

प्रोटॉन का व्यवहार स्पष्ट है। पदार्थ के अंतिम क्वांटा को खोने के बाद भी, वह सक्रिय रूप से ऊर्जा जारी रखता है: उसके नए अंतिम क्वांटम के पदार्थ का घनत्व हमेशा विनाश की शर्तों से मेल खाता है। पदार्थ की यह नई अंतिम मात्रा विनाश का एक नया बिंदु बन जाती है। सामान्य तौर पर, प्रोटॉन अपेक्षा के अनुरूप व्यवहार करता है। किसी भी भौतिकी पाठ्यपुस्तक में प्रोटॉन के गुणों का अच्छी तरह से वर्णन किया गया है। केवल यह अपने "पूर्ण" समकक्ष की तुलना में थोड़ा हल्का हो जाएगा - पदार्थ का एक पूर्ण प्राथमिक कण।

न्यूट्रॉन अलग तरह से व्यवहार करता है। पहले न्यूट्रॉन की संरचना पर विचार करें। यह इसकी संरचना है जो इसकी "अजीबता" की व्याख्या करती है।

मूल रूप से, न्यूट्रॉन में दो भाग होते हैं। पहला भाग पदार्थ का एक पूर्ण विकसित प्राथमिक कण है जिसके सामने के छोर पर एक विनाश बिंदु है। दूसरा भाग पहले प्राथमिक कण का एक जोरदार छोटा, हल्का "स्टंप" है, जो डबल संरचना के टूटने के बाद छोड़ दिया गया है, और इसमें एक विनाश बिंदु भी है। ये दो भाग सर्वनाश बिंदुओं द्वारा परस्पर जुड़े हुए हैं। इस प्रकार, न्यूट्रॉन का दोहरा विनाश बिंदु होता है।

सोच का तर्क बताता है कि न्यूरॉन के ये दो भारित हिस्से अलग-अलग व्यवहार करेंगे। यदि पहला भाग, जो एक पूर्ण-भार वाला प्राथमिक कण है, अपेक्षित रूप से मुक्त ऊर्जा को नष्ट कर देगा और ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में धीरे-धीरे गति करेगा, तो दूसरा, हल्का भाग मुक्त ऊर्जा को उच्च दर से नष्ट करना शुरू कर देगा।

अंतरिक्ष में पदार्थ के एक प्राथमिक कण की गति किसके कारण होती है: विसरित ऊर्जा एक कण को ​​खींचती है जो इसके प्रवाह में गिर गया है। यह स्पष्ट है कि पदार्थ का एक कण जितना छोटा होता है, ऊर्जा के प्रवाह के लिए इस कण को ​​अपने साथ खींचना उतना ही आसान होता है, इस कण की गति उतनी ही अधिक होती है। यह स्पष्ट है कि क्या बड़ी मात्राऊर्जा को एक साथ सक्रिय क्वांटम द्वारा मोड़ा जाता है, विसरित ऊर्जा का प्रवाह जितना अधिक शक्तिशाली होता है, इन प्रवाहों के लिए एक कण को ​​अपने साथ खींचना उतना ही आसान होता है। हमें निर्भरता मिलती है: अंतरिक्ष में किसी पदार्थ के कण की स्थानांतरीय गति की गति उसके सक्रिय क्वांटम के द्रव्यमान के समानुपाती होती है और पदार्थ के कण के कुल द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होती है :

न्यूट्रॉन के दूसरे, हल्के हिस्से में द्रव्यमान होता है जो पदार्थ के पूर्ण-भार वाले प्राथमिक कण के द्रव्यमान से कई गुना कम होता है। लेकिन उनके सक्रिय क्वांटा का द्रव्यमान बराबर है। अर्थात्: वे उसी दर से ऊर्जा का सफाया करते हैं। हम पाते हैं: न्यूट्रॉन के दूसरे भाग की अनुवाद गति की गति तेजी से बढ़ेगी, और यह ऊर्जा को तेजी से नष्ट करना शुरू कर देगी। (भ्रम का परिचय न देने के लिए, हम दूसरे, हल्के, न्यूट्रॉन के हिस्से को इलेक्ट्रॉन कहेंगे)।

न्यूट्रॉन का चित्रण

एक इलेक्ट्रॉन द्वारा एक साथ नष्ट होने वाली ऊर्जा की तेजी से बढ़ती मात्रा, जबकि यह एक न्यूट्रॉन की संरचना में होती है, न्यूट्रॉन की जड़ता की ओर ले जाती है। इलेक्ट्रॉन अपने "पड़ोसी" की तुलना में अधिक ऊर्जा का सफाया करना शुरू कर देता है - एक पूर्ण प्राथमिक कण। यह अभी तक सामान्य न्यूट्रॉन विनाश बिंदु से अलग नहीं हो सकता है: आकर्षण की शक्तिशाली ताकतें हस्तक्षेप करती हैं। नतीजतन, इलेक्ट्रॉन सामान्य विनाश बिंदु के पीछे "खाना" शुरू कर देता है।

उसी समय, इलेक्ट्रॉन अपने साथी और उसके संघनन के सापेक्ष स्थानांतरित होना शुरू कर देता है मुक्त ऊर्जाअपने पड़ोसी के विनाश बिंदु की सीमा के भीतर आता है। जो तुरंत इस गाढ़ेपन को "खाना" शुरू कर देता है। एक इलेक्ट्रॉन और एक पूर्ण कण को ​​"आंतरिक" संसाधनों में बदलना - विनाश बिंदु के पीछे मुक्त ऊर्जा का संघनन - न्यूट्रॉन के आकर्षण और प्रतिकर्षण की ताकतों में तेजी से गिरावट की ओर जाता है।

एक न्यूट्रॉन की सामान्य संरचना से एक इलेक्ट्रॉन का पृथक्करण उस समय होता है जब एक पूर्ण-भार वाले प्राथमिक कण के सापेक्ष एक इलेक्ट्रॉन का विस्थापन काफी बड़ा हो जाता है, दो विनाश बिंदुओं के आकर्षण के बंधन को तोड़ने की प्रवृत्ति अधिक होने लगती है इन विनाश बिंदुओं का आकर्षण बल, और दूसरा, न्यूट्रॉन (इलेक्ट्रॉन) का हल्का हिस्सा जल्दी से दूर उड़ जाता है।

नतीजतन, न्यूट्रॉन दो इकाइयों में विघटित हो जाता है: एक पूर्ण प्राथमिक कण - एक प्रोटॉन और एक प्रकाश, पदार्थ के एक प्राथमिक कण का छोटा हिस्सा - एक इलेक्ट्रॉन।

आधुनिक आंकड़ों के अनुसार, एक न्यूट्रॉन की संरचना लगभग पंद्रह मिनट तक मौजूद रहती है। यह तब अनायास एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में विघटित हो जाता है। ये पंद्रह मिनट न्यूट्रॉन के विनाश के सामान्य बिंदु और इसकी "स्वतंत्रता" के लिए संघर्ष के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन के विस्थापन का समय है।

आइए कुछ परिणामों का योग करें:

• प्रोटॉन पदार्थ का एक पूर्ण प्राथमिक कण है, जिसमें एक बिंदु का विनाश होता है, या पदार्थ के एक प्राथमिक कण का भारी हिस्सा होता है, जो प्रकाश क्वांटा से अलग होने के बाद रहता है।
• न्यूट्रॉन एक दोहरी संरचना है, जिसमें दो विनाश बिंदु होते हैं, और इसमें पदार्थ का एक प्राथमिक कण होता है, और एक प्रकाश, पदार्थ के दूसरे प्राथमिक कण का अगला भाग होता है।
• इलेक्ट्रान - पदार्थ के प्राथमिक कण का अग्र भाग, जिसमें विनाश का एक बिंदु होता है, जिसमें प्रकाश क्वांटा होता है, जो पदार्थ के प्राथमिक कण के टूटने के परिणामस्वरूप बनता है।
• विज्ञान द्वारा मान्यता प्राप्त "प्रोटॉन-न्यूट्रॉन" संरचना ड्यूटेरियम एटम है, जो दो प्राथमिक कणों की एक संरचना है जिसमें दोहरा विनाश बिंदु होता है।

एक इलेक्ट्रॉन एक परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमने वाला एक स्वतंत्र प्राथमिक कण नहीं है।

इलेक्ट्रॉन, जैसा कि विज्ञान मानता है, परमाणु की संरचना में नहीं है।

और एक परमाणु के नाभिक, जैसे, प्रकृति में मौजूद नहीं है, जैसे पदार्थ के एक स्वतंत्र प्राथमिक कण के रूप में कोई न्यूट्रॉन नहीं है।

बाहरी प्रभाव के परिणामस्वरूप दो असमान भागों में टूट जाने के बाद, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रॉन दोनों दो प्राथमिक कणों की एक जोड़ी संरचना के व्युत्पन्न हैं। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु की संरचना में, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन एक मानक जोड़ी संरचना है - पदार्थ के दो पूर्ण-भार वाले प्राथमिक कण - दो प्रोटॉन विनाश बिंदुओं द्वारा एकजुट होते हैं.

आधुनिक भौतिकी में, एक अडिग स्थिति है कि प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन में समान लेकिन विपरीत विद्युत आवेश होते हैं। कथित तौर पर, इन विपरीत आरोपों की बातचीत के परिणामस्वरूप, वे एक-दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं। सुंदर तार्किक व्याख्या। यह घटना के तंत्र को सही ढंग से दर्शाता है, लेकिन यह पूरी तरह से गलत है - इसका सार।

प्राथमिक कणों में न तो सकारात्मक और न ही नकारात्मक "विद्युत" आवेश होते हैं, जैसे "विद्युत क्षेत्र" के रूप में पदार्थ का कोई विशेष रूप नहीं होता है। ऐसी "बिजली" मनुष्य का एक आविष्कार है, जो मौजूदा स्थिति की व्याख्या करने में उसकी अक्षमता के कारण है।

एक दूसरे के लिए "विद्युत" और इलेक्ट्रॉन वास्तव में ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में उनके आगे बढ़ने के परिणामस्वरूप, उनके विनाश बिंदुओं को निर्देशित ऊर्जा प्रवाह द्वारा बनाया गया है। जब वे एक दूसरे के आकर्षण बलों की कार्रवाई के क्षेत्र में आते हैं। यह वास्तव में परिमाण में समान लेकिन विपरीत विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया जैसा दिखता है।

"समान विद्युत आवेश", उदाहरण के लिए: दो प्रोटॉन या दो इलेक्ट्रॉनों की भी एक अलग व्याख्या होती है। प्रतिकर्षण तब होता है जब एक कण दूसरे कण के प्रतिकारक बलों की क्रिया के क्षेत्र में प्रवेश करता है - अर्थात, इसके विनाश बिंदु के पीछे ऊर्जा संघनन का क्षेत्र। हमने इसे पिछले लेख में कवर किया था।

इंटरेक्शन "प्रोटॉन - एंटीप्रोटॉन", "इलेक्ट्रॉन - पॉज़िट्रॉन" की भी एक अलग व्याख्या है। इस तरह की बातचीत से हम प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉनों की आत्मा की बातचीत को समझते हैं जब वे टकराव के रास्ते पर जाते हैं। इस मामले में, केवल आकर्षण द्वारा उनकी बातचीत के कारण (कोई प्रतिकर्षण नहीं है, क्योंकि उनमें से प्रत्येक का प्रतिकर्षण क्षेत्र उनके पीछे है), उनका कठोर संपर्क होता है। नतीजतन, दो प्रोटॉन (इलेक्ट्रॉनों) के बजाय, हमें पूरी तरह से अलग "प्राथमिक कण" मिलते हैं, जो वास्तव में इन दो प्रोटॉन (इलेक्ट्रॉनों) की कठोर बातचीत के व्युत्पन्न हैं।

पदार्थों की परमाणु संरचना। परमाणु मॉडल

परमाणु की संरचना पर विचार करें।

न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन - पदार्थ के प्राथमिक कणों के रूप में - मौजूद नहीं हैं। यही हमने ऊपर चर्चा की है। तदनुसार: परमाणु और उसके इलेक्ट्रॉन खोल का कोई नाभिक नहीं होता है। यह त्रुटि पदार्थ की संरचना में आगे के शोध के लिए एक शक्तिशाली बाधा है।

पदार्थ का एकमात्र प्राथमिक कण केवल प्रोटॉन है। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु में पदार्थ के दो प्राथमिक कणों की युग्मित संरचनाएं होती हैं (आइसोटोप के अपवाद के साथ, जहां युग्मित संरचना में अधिक प्राथमिक कण जोड़े जाते हैं)।

हमारे आगे के तर्क के लिए, एक सामान्य सर्वनाश बिंदु की अवधारणा पर विचार करना आवश्यक है।

पदार्थ के प्राथमिक कण एक दूसरे के साथ विनाश बिंदुओं द्वारा बातचीत करते हैं। यह अंतःक्रिया भौतिक संरचनाओं के निर्माण की ओर ले जाती है: परमाणु, अणु, भौतिक शरीर ... जिनमें एक सामान्य परमाणु विनाश बिंदु होता है, एक सामान्य अणु विनाश बिंदु ...

सामान्य विनाश बिंदु - एक जोड़ी संरचना के एक सामान्य विनाश बिंदु में पदार्थ के प्राथमिक कणों के दो एकल विनाश बिंदुओं का संघ है, या जोड़ी संरचनाओं के सामान्य विनाश बिंदु एक रासायनिक तत्व के परमाणु के एक सामान्य विनाश बिंदु में, या सामान्य विनाश परमाणुओं के बिंदु रासायनिक तत्व- आम आणविक विनाश बिंदु के लिए।

यहां मुख्य बात यह है कि पदार्थ के कणों का मिलन आकर्षण और प्रतिकर्षण के रूप में एक अभिन्न वस्तु के रूप में कार्य करता है। अंत में, यहां तक ​​​​कि किसी भी भौतिक शरीर को इस भौतिक शरीर के विनाश के एक सामान्य बिंदु के रूप में दर्शाया जा सकता है: यह शरीर अन्य भौतिक निकायों को एक एकल, अभिन्न भौतिक वस्तु के रूप में, विनाश के एक बिंदु के रूप में आकर्षित करता है। इस मामले में, हमें गुरुत्वाकर्षण संबंधी घटनाएं मिलती हैं - भौतिक निकायों के बीच आकर्षण।

आकाशगंगा के विकास चक्र के चरण में, जब आकर्षण बल काफी बड़े हो जाते हैं, तो अन्य परमाणुओं की संरचनाओं में ड्यूटेरियम परमाणुओं का एकीकरण शुरू हो जाता है। रासायनिक तत्वों के परमाणु क्रमिक रूप से बनते हैं, जैसे-जैसे पदार्थ के प्राथमिक कणों की अनुवाद गति की गति बढ़ती है (पढ़ें: ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में आकाशगंगा की अनुवाद गति की गति बढ़ जाती है) प्राथमिक कणों की नई जोड़ी संरचनाओं को जोड़कर ड्यूटेरियम परमाणु के लिए पदार्थ का।

एकीकरण क्रमिक रूप से होता है: प्रत्येक नए परमाणु में, पदार्थ के प्राथमिक कणों की एक नई जोड़ी संरचना दिखाई देती है (कम अक्सर, एक प्राथमिक कण)। हमें अन्य परमाणुओं की संरचना में ड्यूटेरियम परमाणुओं का संयोजन क्या देता है:

1. परमाणु के विनाश का एक सामान्य बिंदु प्रकट होता है। इसका अर्थ है कि हमारा परमाणु आकर्षण और प्रतिकर्षण द्वारा अन्य सभी परमाणुओं और प्राथमिक कणों के साथ एक अभिन्न संरचना के रूप में अंतःक्रिया करेगा।
2. परमाणु का स्थान प्रकट होता है, जिसके अंदर मुक्त ऊर्जा का घनत्व अपने स्थान के बाहर मुक्त ऊर्जा के घनत्व से कई गुना अधिक होगा। एक परमाणु के अंतरिक्ष के अंदर एक एकल विनाश बिंदु के पीछे एक बहुत ही उच्च ऊर्जा घनत्व बस दृढ़ता से गिरने का समय नहीं होगा: प्राथमिक कणों के बीच की दूरी बहुत छोटी है। अंतरापरमाणुक अंतरिक्ष में औसत मुक्त ऊर्जा घनत्व ब्रह्मांड के अंतरिक्ष के मुक्त ऊर्जा घनत्व स्थिरांक के मूल्य से कई गुना अधिक है।

रासायनिक तत्वों, अणुओं के परमाणुओं के निर्माण में रासायनिक पदार्थ, भौतिक निकायों, भौतिक कणों और निकायों की बातचीत का सबसे महत्वपूर्ण नियम प्रकट होता है:

इंट्रान्यूक्लियर, केमिकल, इलेक्ट्रिकल, ग्रेविटेशनल बॉन्ड्स की ताकत एक परमाणु के अंदर के विनाश बिंदुओं के बीच की दूरी पर, अणुओं के अंदर परमाणुओं के सामान्य विनाश बिंदुओं के बीच, भौतिक निकायों के अंदर अणुओं के सामान्य विनाश बिंदुओं के बीच, भौतिक निकायों के बीच की दूरी पर निर्भर करती है। सामान्य विनाश बिंदुओं के बीच की दूरी जितनी छोटी होती है, उतनी ही अधिक शक्तिशाली आकर्षक शक्तियां उनके बीच कार्य करती हैं।

यह स्पष्ट है कि:

• इंट्रान्यूक्लियर बॉन्ड से हमारा मतलब प्राथमिक कणों के बीच और परमाणुओं के भीतर जोड़ी संरचनाओं के बीच की बातचीत से है।
• रासायनिक बंधों से हमारा तात्पर्य अणुओं की संरचना में परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया से है।
• विद्युत कनेक्शन से, हम भौतिक निकायों, तरल पदार्थ, गैसों की संरचना में अणुओं के बीच की बातचीत को समझते हैं।
• गुरुत्वाकर्षण बंधों से हमारा तात्पर्य भौतिक निकायों के बीच परस्पर क्रिया से है।

दूसरे रासायनिक तत्व का निर्माण - हीलियम परमाणु - तब होता है जब आकाशगंगा अंतरिक्ष में पर्याप्त उच्च गति तक गति करती है। जब दो ड्यूटेरियम परमाणुओं का आकर्षक बल एक बड़े मूल्य तक पहुँच जाता है, तो वे एक दूरी पर पहुँचते हैं जो उन्हें एक में संयोजित करने की अनुमति देता है हीलियम परमाणु की चौगुनी संरचना।

आकाशगंगा की प्रगतिशील गति की गति में और वृद्धि से परवर्ती (आवर्त सारणी के अनुसार) रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का निर्माण होता है। उसी समय: प्रत्येक रासायनिक तत्व के परमाणुओं की उत्पत्ति ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में आकाशगंगा के प्रगतिशील आंदोलन की अपनी, कड़ाई से परिभाषित गति से मेल खाती है। चलो उसे बुलाते हैं किसी रासायनिक तत्व के परमाणु के बनने की मानक दर .

हाइड्रोजन के बाद आकाशगंगा में बनने वाला हीलियम परमाणु दूसरा परमाणु है। फिर, जैसे-जैसे आकाशगंगा की आगे की गति की गति बढ़ती है, ड्यूटेरियम का अगला परमाणु हीलियम परमाणु में टूट जाता है। इसका मतलब है कि आकाशगंगा की आगे की गति की गति लिथियम परमाणु के गठन की मानक दर तक पहुंच गई है। फिर यह आवर्त सारणी के अनुसार बेरिलियम, कार्बन ... और इसी तरह के एक परमाणु के बनने की मानक दर तक पहुंच जाएगा।

परमाणु मॉडल

उपरोक्त आरेख में, हम देख सकते हैं कि:

1. परमाणु में प्रत्येक आवर्त युग्मित संरचनाओं का एक वलय है।
2. परमाणु के केंद्र पर हमेशा हीलियम परमाणु की चौगुनी संरचना होती है।
3. समान अवधि की सभी युग्मित संरचनाएं एक ही तल में कड़ाई से स्थित हैं।
4. अवधियों के बीच की दूरी एक अवधि के भीतर जोड़ी संरचनाओं के बीच की दूरी से बहुत अधिक होती है।

बेशक, यह एक बहुत ही सरल योजना है, और यह परमाणुओं के निर्माण की सभी वास्तविकताओं को प्रतिबिंबित नहीं करती है। उदाहरण के लिए: प्रत्येक नई जोड़ी संरचना, एक परमाणु से जुड़ती है, उस अवधि की शेष जोड़ी संरचनाओं को विस्थापित करती है जिससे वह जुड़ा हुआ है।

हमें परमाणु के ज्यामितीय केंद्र के चारों ओर एक वलय के रूप में एक आवर्त की रचना का सिद्धांत मिलता है:

• अवधि संरचना एक विमान में बनाई गई है। यह आकाशगंगा के सभी प्राथमिक कणों की अनुवाद गति के सामान्य वेक्टर द्वारा सुगम बनाया गया है।
• समान अवधि की जोड़ी संरचनाएं परमाणु के ज्यामितीय केंद्र के चारों ओर समान दूरी पर निर्मित होती हैं।
• जिस परमाणु के चारों ओर एक नई अवधि का निर्माण होता है, वह इस नई अवधि के प्रति एकल के रूप में व्यवहार करता है पूरा सिस्टम.

तो हमें रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण नियमितता मिलती है:

जोड़ी संरचनाओं की एक निश्चित रूप से निर्धारित संख्या की नियमितता: एक साथ, परमाणु के विनाश के सामान्य बिंदु के ज्यामितीय केंद्र से एक निश्चित दूरी पर, पदार्थ के प्राथमिक कणों की जोड़ी संरचनाओं की एक निश्चित संख्या ही स्थित हो सकती है।

अर्थात्: आवर्त सारणी के दूसरे, तीसरे आवर्त में - आठ-आठ तत्व, चौथे में, पाँचवें - अठारह, छठे, सातवें - बत्तीस में। परमाणु का बढ़ता व्यास प्रत्येक बाद की अवधि में युग्मित संरचनाओं की संख्या में वृद्धि करने की अनुमति देता है।

यह स्पष्ट है कि यह पैटर्न डी.आई. द्वारा खोजे गए रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के निर्माण में आवधिकता के सिद्धांत को निर्धारित करता है। मेंडेलीव।

किसी रासायनिक तत्व के परमाणु के भीतर का प्रत्येक आवर्त उसके संबंध में एकल समाकलन प्रणाली के रूप में व्यवहार करता है। यह अवधियों के बीच की दूरी में छलांग द्वारा निर्धारित किया जाता है: एक अवधि के भीतर जोड़ी संरचनाओं के बीच की दूरी से बहुत बड़ा।

अपूर्ण अवधि वाला परमाणु उपरोक्त नियमितता के अनुसार रासायनिक गतिविधि प्रदर्शित करता है। चूँकि आकर्षण बलों के पक्ष में परमाणु के आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों का असंतुलन होता है। लेकिन अंतिम जोड़ी संरचना के जुड़ने से असंतुलन गायब हो जाता है, नई अवधि बन जाती है दायां घेरा- एक एकल, अभिन्न, पूर्ण प्रणाली बन जाती है। और हमें एक अक्रिय गैस का परमाणु प्राप्त होता है।

परमाणु की संरचना के निर्माण का सबसे महत्वपूर्ण पैटर्न है: परमाणु में एक समतल-झरना होता हैसंरचना . झूमर जैसा कुछ।

• समान अवधि की जोड़ी संरचनाएं परमाणु की स्थानांतरीय गति के सदिश के लंबवत समान तल में स्थित होनी चाहिए।
• उसी समय, परमाणु में अवधि कैस्केड होनी चाहिए।

यह बताता है कि क्यों दूसरे और तीसरे आवर्त में (साथ ही चौथे-पांचवें, छठे-सातवें में) युग्मित संरचनाओं की समान संख्या (नीचे चित्र देखें)। परमाणु की ऐसी संरचना एक प्राथमिक कण के आकर्षण और प्रतिकर्षण बलों के वितरण का परिणाम है: आकर्षक बल कण के सामने (गति की दिशा में) कार्य करते हैं, प्रतिकारक बल - पीछे के गोलार्ध में.

अन्यथा, कुछ जोड़ी संरचनाओं के विनाश बिंदुओं के पीछे मुक्त ऊर्जा सांद्रता अन्य जोड़ी संरचनाओं के विनाश बिंदुओं के आकर्षण के क्षेत्र में आती है, और परमाणु अनिवार्य रूप से अलग हो जाएगा।

नीचे हम आर्गन परमाणु की एक योजनाबद्ध वॉल्यूमेट्रिक छवि देखते हैं

आर्गन परमाणु मॉडल

नीचे दिए गए चित्र में, हम एक "खंड", एक परमाणु के दो अवधियों का "पक्ष दृश्य" देख सकते हैं - दूसरा और तीसरा:

यह ठीक उसी तरह है जैसे युग्मित संरचनाओं को परमाणु के केंद्र के सापेक्ष, समान संख्या में युग्मित संरचनाओं (दूसरा - तीसरा, चौथा - पांचवां, छठा - सातवां) के साथ उन्मुख होना चाहिए।

एक प्राथमिक कण के विनाश बिंदु के पीछे संघनन में ऊर्जा की मात्रा लगातार बढ़ रही है। यह सूत्र से स्पष्ट हो जाता है:

ई 1 ~ एम (सी + डब्ल्यू) / 2

ई 2 ~ एम (सी-डब्ल्यू) / 2

ई \u003d ई 1 -ई 2 \u003d एम (सी + डब्ल्यू) / 2 - एम (सी - डब्ल्यू) / 2

ई ~ डब्ल्यू × एम

कहाँ पे:

ई 1 गति के सामने के गोलार्ध से विनाश बिंदु द्वारा लुढ़क गई (अवशोषित) मुक्त ऊर्जा की मात्रा है।

ई 2 गति के पिछले गोलार्ध से मुड़े (अवशोषित) विनाश बिंदु की मुक्त ऊर्जा की मात्रा है।

एक प्राथमिक कण की गति के आगे और पीछे के गोलार्द्धों से लुढ़की (अवशोषित) मुक्त ऊर्जा की मात्रा के बीच का अंतर है।

W एक प्राथमिक कण की गति की गति है।

यहां हम गतिमान कण के विनाश बिंदु के पीछे ऊर्जा संघनन के द्रव्यमान में निरंतर वृद्धि देखते हैं, क्योंकि इसकी आगे की गति की गति बढ़ जाती है।

परमाणु की संरचना में, यह स्वयं को इस तथ्य में प्रकट करेगा कि प्रत्येक बाद के परमाणु की संरचना के पीछे ऊर्जा घनत्व में वृद्धि होगी ज्यामितीय अनुक्रम. विनाश बिंदु एक दूसरे को "लोहे की पकड़" के साथ अपने आकर्षण बल से पकड़ते हैं। साथ ही, बढ़ती प्रतिकारक शक्ति परमाणु की युग्म संरचनाओं को एक दूसरे से अधिकाधिक विक्षेपित करेगी। तो हमें एक परमाणु का फ्लैट-कैस्केड निर्माण मिलता है।

परमाणु, आकार में, एक कटोरे के आकार जैसा होना चाहिए, जहां "नीचे" हीलियम परमाणु की संरचना है। और कटोरे के "किनारे" अंतिम अवधि है। "कटोरे के मोड़" के स्थान: दूसरा - तीसरा, चौथा - पाँचवाँ, छठा - सातवाँ कालखंड। ये "झुकता" बनाना संभव बनाता है अलग अवधियुग्मित संरचनाओं की समान संख्या के साथ

हीलियम परमाणु मॉडल

यह परमाणु की फ्लैट-कैस्केड संरचना और इसमें जोड़ी संरचनाओं की अंगूठी व्यवस्था है जो मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली के निर्माण की आवधिकता और पंक्ति निर्धारित करती है, एक के परमाणुओं के समान रासायनिक गुणों की अभिव्यक्ति की आवधिकता आवर्त सारणी की पंक्ति।

समतल - परमाणु की कैस्केड संरचना मुक्त ऊर्जा के उच्च घनत्व वाले परमाणु के एकल स्थान का आभास देती है।

• एक परमाणु की सभी जोड़ी संरचनाएं परमाणु के केंद्र की दिशा में उन्मुख होती हैं (या बल्कि: परमाणु के ज्यामितीय अक्ष पर स्थित एक बिंदु की दिशा में, परमाणु की गति की दिशा में)।
• सभी व्यक्तिगत विनाश बिंदु परमाणु के अंदर आवर्त के छल्ले के साथ स्थित हैं।
• सभी व्यक्तिगत मुक्त ऊर्जा समूह उनके विनाश बिंदुओं के पीछे स्थित हैं।

परिणाम: एक एकल उच्च-घनत्व मुक्त ऊर्जा सांद्रता, जिसकी सीमाएँ परमाणु की सीमाएँ हैं। ये सीमाएँ, जैसा कि हम समझते हैं, विज्ञान में युकावा बलों के रूप में ज्ञात बलों की कार्रवाई की सीमाएँ हैं।

परमाणु की समतल-प्रपात संरचना एक निश्चित तरीके से आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों के क्षेत्रों का पुनर्वितरण करती है। हम पहले से ही युग्मित संरचना में आकर्षण और प्रतिकर्षण के क्षेत्रों के पुनर्वितरण का निरीक्षण करते हैं:

युग्म संरचना के प्रतिकारक बलों की क्रिया का क्षेत्र इसके आकर्षण बलों (एकल प्राथमिक कणों की तुलना में) की क्रिया के क्षेत्र के कारण बढ़ता है। आकर्षक बलों की कार्रवाई का क्षेत्र तदनुसार कम हो जाता है। (आकर्षण बल की क्रिया का क्षेत्र घटता है, लेकिन स्वयं बल नहीं)। परमाणु की फ्लैट-कैस्केड संरचना हमें परमाणु की प्रतिकारक शक्तियों की क्रिया के क्षेत्र में और भी अधिक वृद्धि देती है।

• प्रत्येक नई अवधि के साथ, प्रतिकारक बलों की कार्रवाई का क्षेत्र एक पूर्ण गेंद बनाने की प्रवृत्ति रखता है।
• आकर्षण बलों की क्रिया का क्षेत्र व्यास में लगातार घटने वाला शंकु होगा

परमाणु की एक नई अवधि के निर्माण में, एक और नियमितता का पता लगाया जा सकता है: अवधि में जोड़ी संरचनाओं की संख्या की परवाह किए बिना, एक अवधि की सभी जोड़ी संरचनाएं परमाणु के ज्यामितीय केंद्र के सापेक्ष सख्ती से सममित रूप से स्थित होती हैं.

प्रत्येक नई जोड़ी संरचना, जुड़ती है, अवधि की अन्य सभी जोड़ी संरचनाओं का स्थान बदलती है ताकि अवधि में उनके बीच की दूरी हमेशा एक दूसरे के बराबर हो। अगली जोड़ी संरचना के जुड़ने से ये दूरियां कम हो जाती हैं। अधूरा बाहरी अवधिकिसी रासायनिक तत्व का परमाणु उसे रासायनिक रूप से सक्रिय बनाता है।

आवर्त के बीच की दूरी, जो एक आवर्त के भीतर युग्मित कणों के बीच की दूरी से बहुत अधिक होती है, आवर्त को एक दूसरे से अपेक्षाकृत स्वतंत्र बनाती है।

परमाणु की प्रत्येक अवधि अन्य सभी अवधियों से और पूरे परमाणु से एक स्वतंत्र संपूर्ण संरचना के रूप में संबंधित है।

यह निर्धारित करता है कि परमाणु की रासायनिक गतिविधि लगभग 100% केवल परमाणु की अंतिम अवधि से निर्धारित होती है। पूर्ण रूप से भरा हुआ अंतिम आवर्त हमें परमाणु के प्रतिकर्षण बलों का अधिकतम भरा हुआ क्षेत्र देता है। परमाणु की रासायनिक क्रिया लगभग शून्य होती है। एक परमाणु, गेंद की तरह, अन्य परमाणुओं को अपने से दूर धकेलता है। हम यहां गैस देखते हैं। और न केवल एक गैस, बल्कि एक अक्रिय गैस।

नई अवधि की पहली जोड़ी संरचना के जुड़ने से यह सुखद जीवन की तस्वीर बदल जाती है। प्रतिकर्षण और आकर्षण की ताकतों की कार्रवाई के क्षेत्रों का वितरण आकर्षण की ताकतों के पक्ष में बदल जाता है। परमाणु रासायनिक रूप से सक्रिय हो जाता है। यह एक परमाणु है अलकाली धातु.

प्रत्येक अगली जोड़ी संरचना को जोड़ने के साथ, परमाणु के आकर्षण और प्रतिकर्षण की ताकतों के वितरण के क्षेत्रों का संतुलन बदल जाता है: प्रतिकारक बलों का क्षेत्र बढ़ता है, आकर्षण बल का क्षेत्र कम हो जाता है। और प्रत्येक अगला परमाणु थोड़ा कम धातु और थोड़ा अधिक अधातु बन जाता है।

परमाणुओं का फ्लैट-कैस्केड रूप, आकर्षण और प्रतिकर्षण की ताकतों की कार्रवाई के क्षेत्रों का पुनर्वितरण हमें निम्नलिखित देता है: एक रासायनिक तत्व का एक परमाणु, टकराव के रास्ते पर भी दूसरे परमाणु के साथ मिलना, बिना किसी असफलता के क्षेत्र में आता है इस परमाणु के प्रतिकर्षण बलों की कार्रवाई का। और यह खुद को नष्ट नहीं करता है और इस दूसरे परमाणु को नष्ट नहीं करता है।

यह सब हमें एक उल्लेखनीय परिणाम की ओर ले जाता है: रासायनिक तत्वों के परमाणु, एक दूसरे के साथ यौगिकों में प्रवेश करते हुए, अणुओं की त्रि-आयामी संरचना बनाते हैं। फ्लैट के विपरीत - परमाणुओं की कैस्केड संरचना। एक अणु परमाणुओं की एक स्थिर त्रि-आयामी संरचना है।

परमाणुओं और अणुओं के अंदर ऊर्जा प्रवाह पर विचार करें।

सबसे पहले, हम ध्यान दें कि एक प्राथमिक कण चक्रों में ऊर्जा को अवशोषित करेगा। अर्थात्: चक्र के पहले भाग में, प्राथमिक कण निकटतम स्थान से ऊर्जा को अवशोषित करता है। यहां एक शून्य बनता है - मुक्त ऊर्जा के बिना एक स्थान।

चक्र के दूसरे भाग में: अधिक दूर के वातावरण से ऊर्जा तुरंत परिणामी शून्य को भरना शुरू कर देगी। यही है, अंतरिक्ष में विनाश के बिंदु पर निर्देशित ऊर्जा प्रवाह होगा। कण को ​​अनुवादकीय गति का धनात्मक संवेग प्राप्त होता है। लेकिन बाध्य ऊर्जाकण के अंदर अपने घनत्व को पुनर्वितरित करना शुरू कर देगा।

हमें यहाँ क्या दिलचस्पी है?

चूंकि विनाश चक्र को दो चरणों में विभाजित किया गया है: ऊर्जा अवशोषण का चरण और ऊर्जा आंदोलन का चरण (शून्य को भरना), फिर औसत गतिविनाश बिंदु के क्षेत्र में ऊर्जा प्रवाह में कमी आएगी, मोटे तौर पर, दो के कारक से।

और क्या अत्यंत महत्वपूर्ण है:

परमाणुओं, अणुओं, भौतिक निकायों के निर्माण में, एक बहुत ही महत्वपूर्ण नियमितता प्रकट होती है: सभी भौतिक संरचनाओं की स्थिरता, जैसे: युग्मित संरचनाएं - ड्यूटेरियम परमाणु, परमाणुओं, परमाणुओं, अणुओं, भौतिक निकायों के आसपास की व्यक्तिगत अवधि उनके विनाश प्रक्रियाओं की सख्त व्यवस्था द्वारा सुनिश्चित की जाती है.

इस पर विचार करो।

1. एक जोड़ी संरचना द्वारा उत्पन्न ऊर्जा प्रवाह। एक जोड़ी संरचना में, प्राथमिक कण समकालिक रूप से ऊर्जा का सफाया करते हैं। अन्यथा, प्राथमिक कण एक दूसरे के विनाश बिंदु के पीछे ऊर्जा की एकाग्रता को "खाएंगे"। हम युग्म संरचना की स्पष्ट तरंग विशेषताएँ प्राप्त करते हैं। इसके अलावा, हम आपको याद दिलाते हैं कि विनाश प्रक्रियाओं की चक्रीय प्रकृति के कारण, यहां ऊर्जा प्रवाह की औसत दर आधी हो जाती है।
2. एक परमाणु के भीतर ऊर्जा प्रवाहित होती है। सिद्धांत समान है: समान अवधि की सभी युग्मित संरचनाओं को समकालिक रूप से - समकालिक चक्रों में ऊर्जा का सफाया करना चाहिए। इसी तरह: परमाणु के भीतर विनाश की प्रक्रियाओं को अवधियों के बीच सिंक्रनाइज़ किया जाना चाहिए। कोई भी अतुल्यकालिकता परमाणु के विनाश की ओर ले जाती है। यहां समकालिकता थोड़ी भिन्न हो सकती है। यह माना जा सकता है कि एक परमाणु में अवधि क्रमिक रूप से, एक के बाद एक, एक तरंग में ऊर्जा का सफाया करती है।
3. एक अणु, एक भौतिक शरीर के अंदर ऊर्जा प्रवाहित होती है। एक अणु की संरचना में परमाणुओं के बीच की दूरी एक परमाणु के अंदर की अवधि के बीच की दूरी से कई गुना अधिक होती है। इसके अलावा, अणु में एक थोक संरचना होती है। किसी भी भौतिक शरीर की तरह, इसकी त्रि-आयामी संरचना होती है। यह स्पष्ट है कि यहां सर्वनाश प्रक्रियाओं की समकालिकता सुसंगत होनी चाहिए। परिधि से केंद्र की ओर निर्देशित, या इसके विपरीत: केंद्र से परिधि तक - अपनी इच्छानुसार गिनें।

समकालिकता का सिद्धांत हमें दो और नियमितताएँ देता है:

• परमाणुओं, अणुओं, भौतिक निकायों के भीतर ऊर्जा प्रवाह की गति ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में ऊर्जा गति की गति स्थिरांक से बहुत कम है। यह पैटर्न हमें (अनुच्छेद #7 में) बिजली की प्रक्रियाओं को समझने में मदद करेगा।
• हम जितनी बड़ी संरचना देखते हैं (क्रमिक रूप से: प्राथमिक कण, परमाणु, अणु, भौतिक शरीर), इसकी तरंग विशेषताओं में तरंग दैर्ध्य जितना अधिक होगा, हम देखेंगे। यह भौतिक निकायों पर भी लागू होता है: भौतिक शरीर का द्रव्यमान जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक तरंग दैर्ध्य होती है।

• अनुवाद

प्रत्येक परमाणु के केंद्र में नाभिक होता है, कणों का एक छोटा सा संग्रह जिसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कहा जाता है। इस लेख में, हम प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की प्रकृति का अध्ययन करेंगे, जिसमें छोटे कण भी होते हैं - क्वार्क, ग्लून्स और एंटीक्वार्क। (ग्लूऑन, फोटॉन की तरह, अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल्स हैं।) क्वार्क और ग्लून्स, जहाँ तक हम जानते हैं, वास्तव में प्राथमिक हो सकते हैं (अविभाज्य और कुछ छोटे से बना नहीं)। लेकिन उन्हें बाद में।

आश्चर्यजनक रूप से, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान लगभग समान होता है - प्रतिशत तक:

• एक प्रोटॉन के लिए 0.93827 GeV/c 2,
• एक न्यूट्रॉन के लिए 0.93957 GeV/c 2।

यह उनके स्वभाव की कुंजी है - वे वास्तव में बहुत समान हैं। हां, उनके बीच एक स्पष्ट अंतर है: प्रोटॉन का धनात्मक होता है आवेश, जबकि न्यूट्रॉन पर कोई चार्ज नहीं है (यह तटस्थ है, इसलिए इसका नाम)। तदनुसार, विद्युत बल पहले पर कार्य करते हैं, लेकिन दूसरे पर नहीं। पहली नज़र में, यह भेद बहुत महत्वपूर्ण लगता है! लेकिन वास्तव में ऐसा नहीं है। अन्य सभी अर्थों में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन लगभग जुड़वां हैं। उनके पास न केवल द्रव्यमान, बल्कि आंतरिक संरचना भी समान है।

क्योंकि वे बहुत समान हैं, और क्योंकि ये कण नाभिक बनाते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को अक्सर न्यूक्लियॉन कहा जाता है।

1920 के आसपास प्रोटॉन की पहचान की गई और उनका वर्णन किया गया (हालांकि उन्हें पहले खोजा गया था; हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक सिर्फ एक प्रोटॉन है), और न्यूट्रॉन 1933 के आसपास पाए गए थे। तथ्य यह है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के समान हैं, लगभग तुरंत ही समझ में आ गया था। लेकिन तथ्य यह है कि उनके पास नाभिक के आकार के बराबर एक औसत दर्जे का आकार है (त्रिज्या में एक परमाणु से लगभग 100,000 गुना छोटा) 1954 तक ज्ञात नहीं था। यह कि वे क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स से बने होते हैं, धीरे-धीरे 1960 के दशक के मध्य से 1970 के दशक के मध्य तक समझा जाने लगा। 70 के दशक के अंत और 80 के दशक की शुरुआत तक, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और वे किस चीज से बने होते हैं, के बारे में हमारी समझ काफी हद तक स्थिर हो गई थी, और तब से अपरिवर्तित बनी हुई है।

परमाणु या नाभिक की तुलना में न्यूक्लियंस का वर्णन करना अधिक कठिन है। ऐसा कहने के लिए नहीं, लेकिन कम से कम कोई बिना किसी हिचकिचाहट के कह सकता है कि हीलियम परमाणु में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं जो एक छोटे हीलियम नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करते हैं; और हीलियम नाभिक दो न्यूट्रॉन और दो प्रोटॉन का एक काफी सरल समूह है। लेकिन न्यूक्लियंस के साथ सब कुछ इतना आसान नहीं है। मैंने पहले ही लेख "" में लिखा है कि परमाणु एक सुंदर मीनू की तरह दिखता है, और न्यूक्लियॉन एक जंगली पार्टी की तरह दिखता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की जटिलता वास्तविक प्रतीत होती है, और अपूर्ण भौतिक ज्ञान से उपजी नहीं है। हमारे पास क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स और उनके बीच चलने वाले मजबूत परमाणु बलों का वर्णन करने के लिए समीकरण हैं। इन समीकरणों को "क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स" से क्यूसीडी कहा जाता है। समीकरणों की शुद्धता की जाँच की जा सकती है विभिन्न तरीके, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में दिखाई देने वाले कणों की संख्या को मापने सहित। क्यूसीडी समीकरणों को एक कंप्यूटर में प्रतिस्थापित करना और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, और अन्य समान कणों (सामूहिक रूप से "हैड्रोन" कहा जाता है) के गुणों पर गणना चलाना, हम इन कणों के गुणों की भविष्यवाणियां प्राप्त करते हैं जो इसमें किए गए अवलोकनों का अनुमान लगाते हैं असली दुनिया. इसलिए, हमारे पास यह मानने का कारण है कि QCD समीकरण झूठ नहीं बोलते हैं, और यह कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बारे में हमारा ज्ञान सही समीकरणों पर आधारित है। लेकिन सिर्फ सही समीकरण होना ही काफी नहीं है, क्योंकि:

• पर सरल समीकरणबहुत हो सकता है जटिल निर्णय,
• कभी-कभी जटिल समाधानों का सरल तरीके से वर्णन करना संभव नहीं होता है।

जहां तक ​​हम बता सकते हैं, न्यूक्लिऑन के मामले में ठीक यही स्थिति है: वे अपेक्षाकृत सरल QCD समीकरणों के जटिल समाधान हैं, और उन्हें कुछ शब्दों या चित्रों में वर्णित करना संभव नहीं है।

न्यूक्लियंस की अंतर्निहित जटिलता के कारण, आपको, पाठक को, एक विकल्प बनाना होगा: आप वर्णित जटिलता के बारे में कितना जानना चाहते हैं? कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप कितनी दूर जाते हैं, आप सबसे अधिक संतुष्ट नहीं होंगे: जितना अधिक आप सीखेंगे, विषय उतना ही अधिक समझ में आएगा, लेकिन अंतिम उत्तर वही रहेगा - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बहुत जटिल हैं। मैं आपको बढ़ती हुई जानकारी के साथ समझ के तीन स्तरों की पेशकश कर सकता हूं; आप किसी भी स्तर के बाद रुक सकते हैं और अन्य विषयों पर आगे बढ़ सकते हैं, या आप अंतिम तक गोता लगा सकते हैं। प्रत्येक स्तर ऐसे प्रश्न उठाता है जिनका उत्तर मैं अगले में आंशिक रूप से दे सकता हूं, लेकिन नए उत्तर नए प्रश्न खड़े करते हैं। संक्षेप में - जैसा कि मैं सहकर्मियों और उन्नत छात्रों के साथ पेशेवर चर्चा में करता हूं - मैं आपको केवल वास्तविक प्रयोगों, विभिन्न प्रभावशाली सैद्धांतिक तर्कों और कंप्यूटर सिमुलेशन के डेटा के बारे में बता सकता हूं।

समझ का पहला स्तर

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन किससे बने होते हैं?

चावल। 1: प्रोटॉन का एक सरलीकृत संस्करण, जिसमें केवल दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क और न्यूट्रॉन होते हैं, जिसमें केवल दो डाउन क्वार्क और एक अप क्वार्क होते हैं।

मामलों को सरल बनाने के लिए, कई किताबें, लेख और वेबसाइटें बताती हैं कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं और एक आकृति की तरह कुछ खींचते हैं। 1. न्यूट्रॉन एक ही है, केवल एक अप और दो डाउन क्वार्क से मिलकर बनता है। यह सरल छवि दर्शाती है कि कुछ वैज्ञानिक क्या मानते हैं, ज्यादातर 1960 के दशक में। लेकिन जल्द ही यह स्पष्ट हो गया कि इस दृष्टिकोण को इतना सरल बना दिया गया था कि यह अब सही नहीं था।

जानकारी के अधिक परिष्कृत स्रोतों से, आप सीखेंगे कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं जो ग्लून्स द्वारा एक साथ रखे जाते हैं - और चित्र के समान एक चित्र दिखाई दे सकता है। 2, जहां ग्लून्स स्प्रिंग्स या स्ट्रिंग्स के रूप में खींचे जाते हैं जो क्वार्क धारण करते हैं। न्यूट्रॉन समान होते हैं, केवल एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क होते हैं।

चावल। 2: सुधार अंजीर। 1 प्रोटॉन में क्वार्क रखने वाले मजबूत परमाणु बल की महत्वपूर्ण भूमिका पर जोर देने के कारण

न्यूक्लियंस का वर्णन करने का इतना बुरा तरीका नहीं है, क्योंकि यह मजबूत परमाणु बल की महत्वपूर्ण भूमिका पर जोर देता है, जो ग्लून्स की कीमत पर प्रोटॉन में क्वार्क रखता है (उसी तरह फोटॉन, वह कण जो प्रकाश बनाता है, विद्युत चुम्बकीय बल के साथ जुड़ा हुआ है)। लेकिन यह भी भ्रमित करने वाला है क्योंकि यह वास्तव में यह नहीं समझाता है कि ग्लून्स क्या हैं या वे क्या करते हैं।

आगे बढ़ने और चीजों का वर्णन करने के कारण हैं जैसे मैंने किया: एक प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे), ग्लून्स का एक गुच्छा, और क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े का एक पहाड़ (ज्यादातर ऊपर और नीचे क्वार्क) से बना होता है। , लेकिन कुछ अजीब भी हैं)। वे सभी बहुत तेज गति (प्रकाश की गति के निकट) पर आगे-पीछे उड़ते हैं; यह पूरा सेट मजबूत परमाणु शक्ति द्वारा एक साथ आयोजित किया जाता है। मैंने इसे अंजीर में दिखाया है। 3. न्यूट्रॉन फिर से वही हैं, लेकिन एक अप और दो डाउन क्वार्क के साथ; जिस क्वार्क ने स्वामित्व बदल दिया है उसे एक तीर द्वारा दर्शाया गया है।

चावल। 3: अधिक यथार्थवादी, हालांकि अभी भी आदर्श नहीं है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का चित्रण

ये क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स न केवल आगे-पीछे खिसकते हैं, बल्कि एक-दूसरे से टकराते भी हैं और कण विनाश (जिसमें एक ही प्रकार का क्वार्क और एक एंटीक्वार्क दो ग्लून्स या वाइस में बदल जाते हैं) जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से एक-दूसरे में बदल जाते हैं। इसके विपरीत) या एक ग्लूऑन का अवशोषण और उत्सर्जन (जिसमें एक क्वार्क और एक ग्लूऑन टकरा सकते हैं और एक क्वार्क और दो ग्लून्स, या इसके विपरीत) उत्पन्न कर सकते हैं।

ये क्या करते हैं तीन विवरणआम:

• एक प्रोटॉन के लिए दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क (प्लस कुछ और)।
• एक न्यूट्रॉन के लिए एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क (प्लस कुछ और)।
• न्यूट्रॉन के लिए "कुछ और" प्रोटॉन के लिए "कुछ और" जैसा ही है। यानी न्यूक्लियंस में "कुछ और" समान होता है।
• प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच द्रव्यमान में छोटा अंतर डाउन क्वार्क और अप क्वार्क के द्रव्यमान में अंतर के कारण प्रकट होता है।

और तब से:

• अप क्वार्क के लिए, विद्युत आवेश 2/3 e है (जहाँ e प्रोटॉन का आवेश है, -e इलेक्ट्रॉन का आवेश है),
• डाउन क्वार्क का चार्ज -1/3e है,
• ग्लून्स पर 0 का आवेश होता है,
• किसी भी क्वार्क और उसके संबंधित एंटीक्वार्क का कुल चार्ज 0 होता है (उदाहरण के लिए, डाउन-डाउन क्वार्क का चार्ज +1/3e होता है, इसलिए डाउन क्वार्क और डाउन एंटीक्वार्क पर -1/3 e +1/ का चार्ज होगा। 3 ई = 0),

प्रत्येक आंकड़ा प्रोटॉन के विद्युत आवेश को दो अप और एक डाउन क्वार्क को निर्दिष्ट करता है, और "कुछ और" चार्ज में 0 जोड़ता है। इसी तरह, एक अप और दो डाउन क्वार्क के कारण न्यूट्रॉन में शून्य चार्ज होता है:

• प्रोटॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e + 2/3 e - 1/3 e = e,
• न्यूट्रॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0 है।

ये विवरण इस प्रकार भिन्न हैं:

• न्यूक्लियॉन के अंदर कितना "कुछ और",
• यह वहाँ क्या कर रहा है
• न्यूक्लियॉन का द्रव्यमान और द्रव्यमान ऊर्जा (E = mc 2, कण के आराम करने पर भी वहां मौजूद ऊर्जा) कहां से आती है।

चूँकि एक परमाणु का अधिकांश द्रव्यमान, और इसलिए सभी सामान्य पदार्थ, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में समाहित होते हैं, अंतिम बिंदु किसके लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है सही समझहमारी प्रकृति।

चावल। 1 कहता है कि क्वार्क, वास्तव में, एक न्यूक्लियॉन के एक तिहाई का प्रतिनिधित्व करते हैं - एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की तरह हीलियम नाभिक के एक चौथाई या कार्बन नाभिक के 1/12 का प्रतिनिधित्व करता है। यदि यह तस्वीर सही होती, तो न्यूक्लिऑन में क्वार्क अपेक्षाकृत धीमी गति से (प्रकाश की गति की तुलना में बहुत धीमी गति से) गति करते हैं, उनके बीच अपेक्षाकृत कमजोर बल कार्य करते हैं (यद्यपि कुछ शक्तिशाली बल उन्हें जगह में रखते हैं)। क्वार्क का द्रव्यमान, ऊपर और नीचे, 0.3 GeV/c 2 के क्रम पर होगा, जो एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग एक तिहाई है। लेकिन यह एक साधारण छवि है, और इसके द्वारा लगाए गए विचार बिल्कुल गलत हैं।

चावल। 3. प्रोटॉन का एक पूरी तरह से अलग विचार देता है, क्योंकि कणों की एक कड़ाही प्रकाश की गति के करीब गति से घूमती है। ये कण आपस में टकराते हैं, और इन टकरावों में उनमें से कुछ नष्ट हो जाते हैं और अन्य उनके स्थान पर बन जाते हैं। ग्लून्स का कोई द्रव्यमान नहीं होता है, ऊपरी क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.004 GeV/c 2 होता है, और निचले क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.008 GeV/c 2 होता है - एक प्रोटॉन से सैकड़ों गुना कम। प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा कहाँ से आती है, प्रश्न जटिल है: इसका एक हिस्सा क्वार्क और एंटीक्वार्क के द्रव्यमान की ऊर्जा से आता है, भाग क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स की गति की ऊर्जा से आता है, और भाग (संभवतः सकारात्मक) , संभवतः नकारात्मक) क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स को एक साथ पकड़े हुए मजबूत परमाणु संपर्क में संग्रहीत ऊर्जा से।

एक मायने में, अंजीर। 2 अंजीर के बीच के अंतर को खत्म करने की कोशिश करता है। 1 और अंजीर। 3. यह चावल को सरल करता है। 3, कई क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े को हटाना, जिन्हें सिद्धांत रूप में, अल्पकालिक कहा जा सकता है, क्योंकि वे लगातार उठते और गायब होते हैं, और आवश्यक नहीं हैं। लेकिन इससे यह आभास होता है कि न्यूक्लियंस में ग्लून्स प्रोटॉन को धारण करने वाले मजबूत परमाणु बल का एक सीधा हिस्सा हैं। और यह स्पष्ट नहीं करता है कि प्रोटॉन का द्रव्यमान कहाँ से आता है।

अंजीर में। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के संकीर्ण फ्रेम के अलावा, 1 में एक और कमी है। यह अन्य हैड्रोन के कुछ गुणों की व्याख्या नहीं करता है, जैसे कि पियोन और रो मेसन। अंजीर में वही समस्याएं मौजूद हैं। 2.

इन प्रतिबंधों ने इस तथ्य को जन्म दिया है कि मैं अपने छात्रों और अपनी वेबसाइट पर अंजीर से एक तस्वीर देता हूं। 3. लेकिन मैं आपको चेतावनी देना चाहता हूं कि इसकी कई सीमाएं भी हैं, जिन पर मैं बाद में विचार करूंगा।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अंजीर में निहित संरचना की अत्यधिक जटिलता। 3 एक शक्तिशाली परमाणु बल जैसे शक्तिशाली बल द्वारा एक साथ रखी गई वस्तु से अपेक्षा की जाती है। और एक और बात: तीन क्वार्क (एक प्रोटॉन के लिए दो ऊपर और एक नीचे) जो क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े के समूह का हिस्सा नहीं हैं, उन्हें अक्सर "वैलेंस क्वार्क" कहा जाता है, और क्वार्क-एंटीक्वार्क के जोड़े को "समुद्र का समुद्र" कहा जाता है। क्वार्क जोड़े।" ऐसी भाषा कई मामलों में तकनीकी रूप से सुविधाजनक होती है। लेकिन यह गलत धारणा देता है कि यदि आप प्रोटॉन के अंदर देख सकते हैं, और एक विशेष क्वार्क को देख सकते हैं, तो आप तुरंत बता सकते हैं कि यह समुद्र का हिस्सा था या वैलेंस। यह नहीं किया जा सकता है, बस ऐसा कोई तरीका नहीं है।

प्रोटॉन द्रव्यमान और न्यूट्रॉन द्रव्यमान

चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान समान होते हैं, और चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन केवल अप क्वार्क के स्थान पर डाउन क्वार्क द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं, ऐसा लगता है कि उनके द्रव्यमान एक ही तरह से प्रदान किए जाते हैं, एक ही स्रोत से आते हैं , और उनका अंतर अप और डाउन क्वार्क के बीच मामूली अंतर में है। लेकिन ऊपर दिए गए तीन आंकड़े बताते हैं कि प्रोटॉन द्रव्यमान की उत्पत्ति पर तीन अलग-अलग विचार हैं।

चावल। 1 कहता है कि अप और डाउन क्वार्क केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का 1/3 हिस्सा बनाते हैं: लगभग 0.313 GeV/c 2, या क्वार्क को प्रोटॉन में रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा के कारण। और चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर प्रतिशत का एक अंश है, अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान के बीच का अंतर भी प्रतिशत का एक अंश होना चाहिए।

चावल। 2 कम स्पष्ट है। ग्लून्स के कारण प्रोटॉन के द्रव्यमान का कितना भाग होता है? लेकिन, सिद्धांत रूप में, यह इस आंकड़े से अनुसरण करता है कि प्रोटॉन का अधिकांश द्रव्यमान अभी भी क्वार्क के द्रव्यमान से आता है, जैसा कि अंजीर में है। एक।

चावल। 3 एक अधिक सूक्ष्म दृष्टिकोण को दर्शाता है कि प्रोटॉन का द्रव्यमान वास्तव में कैसे आता है (जैसा कि हम सीधे प्रोटॉन कंप्यूटर गणनाओं के माध्यम से जांच सकते हैं, न कि सीधे अन्य का उपयोग करके) गणितीय तरीके) यह अंजीर में प्रस्तुत विचारों से बहुत अलग है। 1 और 2, और यह इतना आसान नहीं है।

यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, किसी को प्रोटॉन के द्रव्यमान m के संदर्भ में नहीं, बल्कि इसकी द्रव्यमान ऊर्जा E = mc 2, द्रव्यमान से जुड़ी ऊर्जा के संदर्भ में सोचना चाहिए। सैद्धांतिक रूप सही सवालयह "प्रोटॉन द्रव्यमान m कहाँ से आया" नहीं होगा, जिसके बाद आप m को c 2 से गुणा करके E की गणना कर सकते हैं, लेकिन इसके विपरीत: "प्रोटॉन द्रव्यमान E की ऊर्जा कहाँ से आती है", जिसके बाद आप कर सकते हैं E को c 2 से विभाजित करके m द्रव्यमान की गणना करें।

प्रोटॉन द्रव्यमान ऊर्जा में योगदान को तीन समूहों में वर्गीकृत करना उपयोगी है:

ए) इसमें निहित क्वार्क और एंटीक्वार्क की द्रव्यमान ऊर्जा (बाकी ऊर्जा) (ग्लूऑन, द्रव्यमान रहित कण, कोई योगदान नहीं देते हैं)।
बी) क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स की गति (गतिज ऊर्जा) की ऊर्जा।
सी) प्रोटॉन धारण करने वाले मजबूत परमाणु संपर्क (अधिक सटीक, ग्लूऑन क्षेत्रों में) में संग्रहीत बातचीत ऊर्जा (बाध्यकारी ऊर्जा या संभावित ऊर्जा)।

चावल। 3 कहता है कि प्रोटॉन के अंदर के कण तेज गति से चलते हैं, और यह द्रव्यमान रहित ग्लून्स से भरा होता है, इसलिए B) का योगदान A से अधिक होता है)। आमतौर पर, अधिकांश भौतिक प्रणालियों में, बी) और सी) तुलनीय होते हैं, जबकि सी) अक्सर नकारात्मक होते हैं। तो प्रोटॉन (और न्यूट्रॉन) की द्रव्यमान ऊर्जा ज्यादातर बी के संयोजन से प्राप्त होती है) और सी), ए के साथ) एक छोटा अंश योगदान देता है। इसलिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान मुख्य रूप से उनमें निहित कणों के द्रव्यमान के कारण नहीं दिखाई देते हैं, बल्कि इन कणों की गति की ऊर्जाओं और ग्लूऑन क्षेत्रों से जुड़ी उनकी बातचीत की ऊर्जा के कारण दिखाई देते हैं जो धारण करने वाले बलों को उत्पन्न करते हैं। प्रोटॉन। अधिकांश अन्य प्रणालियों में जिनसे हम परिचित हैं, ऊर्जा संतुलन अलग तरह से वितरित किया जाता है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं में और in सौर प्रणालीए हावी), जबकि बी) और सी) आकार में बहुत छोटे और तुलनीय हैं।

संक्षेप में, हम बताते हैं कि:

• चावल। 1 से पता चलता है कि प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा योगदान ए से आती है)।
• चावल। 2 से पता चलता है कि दोनों योगदान ए) और सी) महत्वपूर्ण हैं, और बी) एक छोटा सा योगदान देता है।
• चावल। 3 से पता चलता है कि बी) और सी) महत्वपूर्ण हैं, जबकि ए) का योगदान नगण्य है।

हम जानते हैं कि चावल सही है। 3. इसे जांचने के लिए, हम इसे अंजाम दे सकते हैं कंप्यूटर सिमुलेशन, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि विभिन्न सम्मोहक सैद्धांतिक तर्कों के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि यदि अप और डाउन क्वार्क का द्रव्यमान शून्य होता (और बाकी सब कुछ वैसा ही रहता है), प्रोटॉन का द्रव्यमान शायद ही बदलेगा। तो, जाहिरा तौर पर, क्वार्क के द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान में महत्वपूर्ण योगदान नहीं दे सकते हैं।

अगर अंजीर। 3 झूठ नहीं है, क्वार्क और एंटीक्वार्क का द्रव्यमान बहुत छोटा है। वे वास्तव में क्या हैं? शीर्ष क्वार्क (साथ ही एंटीक्वार्क) का द्रव्यमान 0.005 GeV/c 2 से अधिक नहीं है, जो कि 0.313 GeV/c 2 से बहुत कम है, जो कि चित्र में दिखाया गया है। 1. (अप क्वार्क के द्रव्यमान को मापना मुश्किल है और सूक्ष्म प्रभावों के कारण भिन्न होता है, इसलिए यह 0.005 GeV/c2 से बहुत कम हो सकता है)। निचले क्वार्क का द्रव्यमान शीर्ष वाले के द्रव्यमान से लगभग 0.004 GeV/c 2 अधिक है। इसका मतलब है कि किसी भी क्वार्क या एंटीक्वार्क का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के एक प्रतिशत से अधिक नहीं होता है।

ध्यान दें कि इसका मतलब है (चित्र 1 के विपरीत) कि डाउन क्वार्क के द्रव्यमान का अप क्वार्क से अनुपात एकता तक नहीं पहुंचता है! डाउन क्वार्क का द्रव्यमान अप क्वार्क से कम से कम दोगुना होता है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान इतने समान होने का कारण यह नहीं है कि अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान समान हैं, बल्कि अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान बहुत छोटे हैं - और उनके बीच का अंतर छोटा है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के सापेक्ष। याद रखें कि एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में बदलने के लिए, आपको बस इसके एक अप क्वार्क को डाउन क्वार्क से बदलना होगा (चित्र 3)। यह परिवर्तन न्यूट्रॉन को प्रोटॉन से थोड़ा भारी बनाने और इसके आवेश को +e से 0 में बदलने के लिए पर्याप्त है।

वैसे, तथ्य यह है कि एक प्रोटॉन के अंदर विभिन्न कण एक दूसरे के साथ टकरा रहे हैं, और लगातार प्रकट और गायब हो रहे हैं, हम जिन चीजों की चर्चा कर रहे हैं उन्हें प्रभावित नहीं करता है - किसी भी टकराव में ऊर्जा संरक्षित होती है। द्रव्यमान ऊर्जा और क्वार्क और ग्लून्स की गति की ऊर्जा बदल सकती है, साथ ही साथ उनकी बातचीत की ऊर्जा भी बदल सकती है, लेकिन प्रोटॉन की कुल ऊर्जा नहीं बदलती है, हालांकि इसके अंदर सब कुछ लगातार बदल रहा है। तो प्रोटॉन का द्रव्यमान उसके आंतरिक भंवर के बावजूद स्थिर रहता है।

इस बिंदु पर, आप प्राप्त जानकारी को रोक और अवशोषित कर सकते हैं। अद्भुत! साधारण पदार्थ में निहित लगभग सभी द्रव्यमान परमाणुओं में न्यूक्लियंस के द्रव्यमान से आता है। और इस द्रव्यमान का अधिकांश भाग प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में निहित अराजकता से आता है - न्यूक्लियॉन में क्वार्क, ग्लून्स और एंटीक्वार्क की गति की ऊर्जा से, और अपने पूरे राज्य में न्यूक्लियॉन को धारण करने वाले मजबूत परमाणु इंटरैक्शन के काम की ऊर्जा से। हां: हमारा ग्रह, हमारा शरीर, हमारी सांसें ऐसे ही शांत और, हाल तक, अकल्पनीय महामारी का परिणाम हैं।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, एक परमाणु में तीन प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन। परमाणु नाभिक परमाणु का मध्य भाग होता है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं साधारण नामन्यूक्लियॉन, नाभिक में वे एक दूसरे में बदल सकते हैं। सबसे सरल परमाणु के नाभिक - हाइड्रोजन परमाणु - में एक प्राथमिक कण होता है - प्रोटॉन।

एक परमाणु के नाभिक का व्यास लगभग 10-13 - 10-12 सेमी और परमाणु के व्यास का 0.0001 होता है। हालांकि, परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान (99.95-99.98%) नाभिक में केंद्रित होता है। यदि शुद्ध परमाणु पदार्थ का 1 सेमी3 प्राप्त करना संभव होता, तो इसका द्रव्यमान 100-200 मिलियन टन होता। एक परमाणु के नाभिक का द्रव्यमान परमाणु बनाने वाले सभी इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान से कई हजार गुना अधिक होता है।

प्रोटोन- एक प्राथमिक कण, हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.6721 x 10-27 किग्रा है, यह एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1836 गुना है। विद्युत आवेश धनात्मक है और 1.66 x 10-19 C के बराबर है। एक कूलॉम विद्युत आवेश की एक इकाई है जो बिजली की मात्रा के बराबर होती है अनुप्रस्थ अनुभाग 1A (एम्पीयर) की निरंतर वर्तमान शक्ति पर 1s के समय के लिए कंडक्टर।

किसी भी तत्व के प्रत्येक परमाणु में नाभिक होता है निश्चित संख्याप्रोटॉन यह संख्या स्थिर है दिया गया तत्वऔर इसके भौतिक को परिभाषित करता है और रासायनिक गुण. यानी प्रोटॉन की संख्या इस बात पर निर्भर करती है कि हम किस रासायनिक तत्व से निपट रहे हैं। उदाहरण के लिए, यदि नाभिक में एक प्रोटॉन हाइड्रोजन है, यदि 26 प्रोटॉन लोहा हैं। परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की संख्या नाभिक के आवेश (आवेश संख्या Z) और तत्वों की आवधिक प्रणाली में तत्व की क्रम संख्या को निर्धारित करती है D.I. मेंडेलीव (तत्व की परमाणु संख्या)।

न्यूट्रॉन- 1.6749 x 10-27 किग्रा के द्रव्यमान वाला एक विद्युत तटस्थ कण, एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1839 गुना। एक मुक्त अवस्था में एक न्यूरॉन एक अस्थिर कण है; यह स्वतंत्र रूप से एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ एक प्रोटॉन में बदल जाता है। न्यूट्रॉन का आधा जीवन (वह समय जिसके दौरान न्यूट्रॉन की मूल संख्या का आधा क्षय होता है) लगभग 12 मिनट है। हालांकि, में बाध्य अवस्थाअंदर स्थिर परमाणु नाभिकवह स्थिर है। कुल गणनानाभिक में स्थित न्यूक्लियंस (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) को द्रव्यमान संख्या (परमाणु द्रव्यमान - A) कहा जाता है। नाभिक बनाने वाले न्यूट्रॉन की संख्या द्रव्यमान और आवेश संख्याओं के बीच के अंतर के बराबर होती है: N = A - Z।

इलेक्ट्रॉन- एक प्राथमिक कण, सबसे छोटे द्रव्यमान का वाहक - 0.91095x10-27g और सबसे छोटा विद्युत आवेश - 1.6021x10-19 C. यह एक ऋणावेशित कण है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है, अर्थात। परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ है।

पोजीट्रान- एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाला एक प्राथमिक कण, एक इलेक्ट्रॉन के संबंध में एक एंटीपार्टिकल। एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का द्रव्यमान बराबर होता है, और विद्युत आवेश निरपेक्ष मान में बराबर होते हैं, लेकिन संकेत में विपरीत होते हैं।

विभिन्न प्रकार के नाभिकों को न्यूक्लाइड कहा जाता है। न्यूक्लाइड - एक प्रकार का परमाणु जिसमें दी गई संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। प्रकृति में, एक ही तत्व के परमाणु विभिन्न परमाणु द्रव्यमान (द्रव्यमान संख्या) वाले होते हैं:
, सीएल, आदि इन परमाणुओं के नाभिक होते हैं वही नंबरप्रोटॉन, लेकिन अलग संख्यान्यूट्रॉन एक ही तत्व के परमाणुओं की किस्में जिनमें एक ही परमाणु आवेश होता है, लेकिन भिन्न जन अंक, कहा जाता है आइसोटोप . प्रोटॉन की संख्या समान होने पर, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होने पर, समस्थानिकों में इलेक्ट्रॉन कोशों की संरचना समान होती है, अर्थात। बहुत समान रासायनिक गुण और रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में समान स्थान रखते हैं।

उन्हें ऊपर बाईं ओर स्थित इंडेक्स ए के साथ संबंधित रासायनिक तत्व के प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है - द्रव्यमान संख्या, कभी-कभी नीचे बाईं ओर प्रोटॉन (जेड) की संख्या भी दी जाती है। उदाहरण के लिए, फास्फोरस के रेडियोधर्मी समस्थानिकों को क्रमशः 32P, 33P, या P और P नामित किया गया है। तत्व के प्रतीक को इंगित किए बिना एक आइसोटोप को नामित करते समय, तत्व के पदनाम के बाद द्रव्यमान संख्या दी जाती है, उदाहरण के लिए, फास्फोरस - 32, फास्फोरस - 33।

अधिकांश रासायनिक तत्वों में कई समस्थानिक होते हैं। हाइड्रोजन आइसोटोप 1H-प्रोटियम के अलावा, भारी हाइड्रोजन 2H-ड्यूटेरियम और सुपरहैवी हाइड्रोजन 3H-ट्रिटियम ज्ञात हैं। यूरेनियम में 11 समस्थानिक होते हैं, प्राकृतिक यौगिकउनमें से तीन हैं (यूरेनियम 238, यूरेनियम 235, यूरेनियम 233)। उनके पास क्रमशः 92 प्रोटॉन और 146.13 और 141 न्यूट्रॉन हैं।

वर्तमान में, 108 रासायनिक तत्वों के 1900 से अधिक समस्थानिक ज्ञात हैं। इनमें से, प्राकृतिक समस्थानिकों में सभी स्थिर (उनमें से लगभग 280 हैं) और प्राकृतिक समस्थानिक शामिल हैं जो रेडियोधर्मी परिवारों का हिस्सा हैं (उनमें से 46 हैं)। बाकी कृत्रिम हैं, उन्हें विभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जाता है।

"आइसोटोप्स" शब्द का प्रयोग केवल तभी किया जाना चाहिए जब हम बात कर रहे हेएक ही तत्व के परमाणुओं के बारे में, उदाहरण के लिए, कार्बन 12C और 14C। यदि विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का मतलब है, तो "न्यूक्लाइड" शब्द का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है, उदाहरण के लिए, रेडियोन्यूक्लाइड 90Sr, 131J, 137Cs।

अध्याय एक। स्थिर नाभिक के गुण

यह पहले ही ऊपर कहा जा चुका है कि नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं जो परमाणु बलों से बंधे होते हैं। यदि हम परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में नाभिक के द्रव्यमान को मापते हैं, तो यह द्रव्यमान संख्या नामक एक पूर्णांक से गुणा किए गए प्रोटॉन के द्रव्यमान के करीब होना चाहिए। यदि नाभिक का आवेश और द्रव्यमान संख्या है, तो इसका मतलब है कि नाभिक की संरचना में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन शामिल हैं। (नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या को आमतौर पर द्वारा दर्शाया जाता है)

नाभिक के ये गुण प्रतीकात्मक संकेतन में परिलक्षित होते हैं, जिनका उपयोग बाद में रूप में किया जाएगा

जहाँ X उस तत्व का नाम है जिसका परमाणु नाभिक से संबंधित है (उदाहरण के लिए, नाभिक: हीलियम -, ऑक्सीजन -, लोहा - यूरेनियम

स्थिर नाभिक की मुख्य विशेषताओं में शामिल हैं: आवेश, द्रव्यमान, त्रिज्या, यांत्रिक और चुंबकीय क्षण, उत्तेजित अवस्थाओं का स्पेक्ट्रम, समता और चौगुना क्षण। रेडियोधर्मी (अस्थिर) नाभिक अतिरिक्त रूप से उनके जीवनकाल, रेडियोधर्मी परिवर्तनों के प्रकार, उत्सर्जित कणों की ऊर्जा और कई अन्य विशेष गुणों की विशेषता रखते हैं, जिनकी चर्चा नीचे की जाएगी।

सबसे पहले, आइए उन प्राथमिक कणों के गुणों पर विचार करें जो नाभिक बनाते हैं: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन।

1. प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की मुख्य विशेषताएं

वज़न।इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान की इकाइयों में: प्रोटॉन का द्रव्यमान न्यूट्रॉन का द्रव्यमान होता है।

परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में: प्रोटॉन द्रव्यमान न्यूट्रॉन द्रव्यमान

ऊर्जा इकाइयों में, प्रोटॉन का शेष द्रव्यमान न्यूट्रॉन का शेष द्रव्यमान होता है

आवेश।क्यू एक पैरामीटर है जो एक कण के साथ बातचीत की विशेषता है विद्युत क्षेत्र, इलेक्ट्रॉन आवेश की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है जहाँ

सभी प्राथमिक कणों में या तो 0 के बराबर बिजली की मात्रा होती है या प्रोटॉन का चार्ज न्यूट्रॉन का चार्ज शून्य होता है।

घुमाना।प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के स्पिन समान हैं। दोनों कण फ़र्मियन हैं और फ़र्मी-डिराक आँकड़ों का पालन करते हैं, और इसलिए पाउली सिद्धांत।

चुंबकीय पल।यदि हम सूत्र (10) में प्रतिस्थापित करते हैं, जो इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान, प्रोटॉन के द्रव्यमान के बजाय इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण को निर्धारित करता है, तो हम प्राप्त करते हैं

मात्रा को नाभिकीय चुम्बक कहते हैं। यह इलेक्ट्रॉन के साथ सादृश्य द्वारा माना जा सकता है कि प्रोटॉन का स्पिन चुंबकीय क्षण बराबर है। हालांकि, अनुभव से पता चला है कि प्रोटॉन का आंतरिक चुंबकीय क्षण परमाणु चुंबक से अधिक है: आधुनिक आंकड़ों के अनुसार

इसके अलावा, यह पता चला कि एक अपरिवर्तित कण - एक न्यूट्रॉन - में एक चुंबकीय क्षण भी होता है जो शून्य से अलग और बराबर होता है

न्यूट्रॉन में चुंबकीय क्षण की उपस्थिति और इसलिए बडा महत्वप्रोटॉन का चुंबकीय क्षण इन कणों की बिंदु प्रकृति के बारे में धारणाओं का खंडन करता है। में प्राप्त कई प्रयोगात्मक डेटा पिछले साल, इंगित करता है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों की एक जटिल अमानवीय संरचना है। उसी समय, एक धनात्मक आवेश न्यूट्रॉन के केंद्र में स्थित होता है, और परिधि पर इसके बराबर एक ऋणात्मक आवेश होता है, जो कण के आयतन में वितरित होता है। लेकिन चूंकि चुंबकीय क्षण न केवल प्रवाहित धारा के परिमाण से निर्धारित होता है, बल्कि इसके द्वारा कवर किए गए क्षेत्र से भी होता है, इसलिए उनके द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षण समान नहीं होंगे। इसलिए, सामान्य रूप से तटस्थ रहते हुए न्यूट्रॉन में चुंबकीय क्षण हो सकता है।

न्यूक्लियंस के पारस्परिक परिवर्तन।न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से 0.14% या 2.5 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान से अधिक होता है,

एक मुक्त अवस्था में, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो में विघटित हो जाता है: इसका औसत जीवनकाल 17 मिनट के करीब होता है।

प्रोटॉन एक स्थिर कण है। हालांकि, नाभिक के अंदर, यह न्यूट्रॉन में बदल सकता है; जबकि प्रतिक्रिया योजना के अनुसार आगे बढ़ती है

बाईं ओर और दाईं ओर खड़े कणों के द्रव्यमान में अंतर की भरपाई नाभिक के अन्य नाभिकों द्वारा प्रोटॉन को दी गई ऊर्जा से होती है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के समान स्पिन होते हैं, लगभग समान द्रव्यमान होते हैं, और एक दूसरे में परिवर्तित हो सकते हैं। यह बाद में दिखाया जाएगा कि जोड़े में इन कणों के बीच अभिनय करने वाले परमाणु बल भी समान हैं। इसलिए उन्हें कहा जाता है आम संप्रदाय- न्यूक्लियॉन और वे कहते हैं कि न्यूक्लियॉन दो अवस्थाओं में हो सकता है: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के संबंध में भिन्न होते हैं।

न्यूट्रॉन और प्रोटॉन परमाणु बलों के अस्तित्व के कारण परस्पर क्रिया करते हैं, जो एक गैर-विद्युत प्रकृति के होते हैं। परमाणु बलों की उत्पत्ति मेसॉन के आदान-प्रदान के कारण हुई है। यदि हम उनके बीच की दूरी पर एक प्रोटॉन और एक कम-ऊर्जा न्यूट्रॉन की बातचीत की संभावित ऊर्जा की निर्भरता को दर्शाते हैं, तो लगभग यह अंजीर में दिखाए गए ग्राफ की तरह दिखाई देगा। 5a, यानी, इसमें एक संभावित कुएं का आकार है।

चावल। अंजीर। 5. न्यूक्लियंस के बीच की दूरी पर बातचीत की संभावित ऊर्जा की निर्भरता: ए - न्यूट्रॉन-न्यूट्रॉन या न्यूट्रॉन-प्रोटॉन जोड़े के लिए; बी - प्रोटॉन की एक जोड़ी के लिए - प्रोटॉन

§एक। इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन से मिलें

परमाणु पदार्थ के सबसे छोटे कण होते हैं।
यदि बड़ा किया जाए ग्लोबएक मध्यम आकार का सेब, तो परमाणु केवल एक सेब के आकार के हो जाएंगे। इतने छोटे आकार के बावजूद, परमाणु में और भी छोटे भौतिक कण होते हैं।
आपको स्कूल के भौतिकी पाठ्यक्रम से परमाणु की संरचना से पहले से ही परिचित होना चाहिए। और फिर भी हम याद करते हैं कि परमाणु में एक नाभिक और इलेक्ट्रॉन होते हैं जो नाभिक के चारों ओर इतनी तेज़ी से घूमते हैं कि वे अप्रभेद्य हो जाते हैं - वे एक "इलेक्ट्रॉन बादल" बनाते हैं, या इलेक्ट्रॉन कवचपरमाणु।

इलेक्ट्रॉनोंआमतौर पर निम्नानुसार दर्शाया जाता है: इ − . इलेक्ट्रॉनों इ- बहुत हल्का, लगभग भारहीन, लेकिन उनके पास है नकारात्मकआवेश। यह -1 के बराबर है। बिजली, जिसका हम सभी उपयोग करते हैं, तारों में चलने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है।

परमाणु नाभिक, जिसमें इसका लगभग सारा द्रव्यमान केंद्रित होता है, इसमें दो प्रकार के कण होते हैं - न्यूट्रॉन और प्रोटॉन।

न्यूट्रॉननिम्नानुसार दर्शाया गया है: एन 0 , ए प्रोटानइसलिए: पी + .
द्रव्यमान के अनुसार, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन लगभग समान होते हैं - 1.675 10 −24 g और 1.673 10 −24 g।
सच है, ऐसे छोटे कणों के द्रव्यमान को ग्राम में गिनना बहुत असुविधाजनक है, इसलिए इसे व्यक्त किया जाता है कार्बन इकाइयां, जिनमें से प्रत्येक 1.673 10 -24 ग्राम के बराबर है।
प्रत्येक कण के लिए प्राप्त करें सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान, एक कार्बन इकाई के द्रव्यमान से एक परमाणु के द्रव्यमान (ग्राम में) को विभाजित करने के भागफल के बराबर। रिश्तेदार परमाणु द्रव्यमानप्रोटॉन और न्यूट्रॉन 1 के बराबर होते हैं, लेकिन प्रोटॉन का चार्ज धनात्मक और +1 के बराबर होता है, जबकि न्यूट्रॉन पर कोई चार्ज नहीं होता है।

. परमाणु के बारे में पहेलियों

एक परमाणु को "मन में" कणों से इकट्ठा किया जा सकता है, जैसे कोई खिलौना या भागों से कार बच्चों का निर्माता. केवल दो महत्वपूर्ण शर्तों का पालन करना आवश्यक है।

• पहली शर्त: प्रत्येक प्रकार के परमाणु का अपना होता है अपना सेट"विवरण" - प्राथमिक कण. उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु में अनिवार्य रूप से +1 के धनात्मक आवेश वाला एक नाभिक होगा, जिसका अर्थ है कि इसमें निश्चित रूप से एक प्रोटॉन होना चाहिए (और अधिक नहीं)।
  हाइड्रोजन परमाणु में न्यूट्रॉन भी हो सकते हैं। इसके बारे में अगले पैराग्राफ में।
  ऑक्सीजन परमाणु (आवधिक प्रणाली में क्रम संख्या 8 है) पर एक नाभिक आवेशित होगा आठधनात्मक आवेश (+8), जिसका अर्थ है कि आठ प्रोटॉन हैं। चूँकि एक ऑक्सीजन परमाणु का द्रव्यमान 16 सापेक्ष इकाई है, एक ऑक्सीजन नाभिक प्राप्त करने के लिए, हम 8 और न्यूट्रॉन जोड़ेंगे।
• दूसरी शर्तयह है कि प्रत्येक परमाणु है विद्युत तटस्थ. ऐसा करने के लिए, उसके पास नाभिक के आवेश को संतुलित करने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉन होने चाहिए। दूसरे शब्दों में, एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती हैइसके मूल में, और आवर्त प्रणाली में इस तत्व की क्रम संख्या.