Olaj és gáz nagy enciklopédiája. Elemi részecskék

Egész anyagi világ A modern fizika szerint három elemi részecskéből épül fel: protonból, neutronból és elektronból. Ezenkívül a tudomány szerint az univerzumban vannak más "elemi" anyagrészecskék is, amelyek némelyike ​​elnevezése egyértelműen több a megszokottnál. Ugyanakkor ezeknek az "elemi részecskéknek" az univerzum létezésében és fejlődésében betöltött szerepe nem világos.

Tekintsük az elemi részecskék másik értelmezését:

Csak egy van elemi részecske az anyag proton. Az összes többi "elemi részecske", beleértve a neutront és az elektront is, csak a proton származékai, és nagyon szerény szerepet játszanak az univerzum evolúciójában. Nézzük meg, hogyan keletkeznek az ilyen „elemi részecskék”.

Részletesen megvizsgáltuk egy elemi anyagrészecske szerkezetét a "" cikkben. Röviden az elemi részecskékről:

• Az anyag elemi részecskéje a térben egy hosszúkás fonal alakú.
• Egy elemi részecske képes nyújtani. A nyújtás során az elemi részecske belsejében lévő anyag sűrűsége csökken.
• Az elemi részecske azon szakaszát, ahol az anyag sűrűsége felére esik, neveztük anyagkvantum .
• A mozgás során az elemi részecske folyamatosan energiát vesz fel (hajt, ).
• energiaelnyelési pont ( megsemmisülési pont ) egy elemi részecske mozgásvektorának csúcsán található.
• Pontosabban: az anyag aktív kvantumának csúcsán.
• Az energiát elnyelő elemi részecske folyamatosan növeli előrehaladásának sebességét.
• Az anyag elemi részecskéje a dipólus. Amelyben a vonzóerők a részecske elülső részében (a mozgás irányában), a taszító erők pedig a hátsó részében koncentrálódnak.

Az a tulajdonság, hogy elemi a térben, elméletileg az anyagsűrűség nullára való csökkentésének lehetőségét jelenti. Ez pedig mechanikai felszakadásának lehetőségét jelenti: egy elemi anyagrészecske szakadási helye ábrázolható nulla anyagsűrűségű metszetként.

A megsemmisülés (energia-elnyelés) folyamatában egy elemi részecske, a hajtogatási energia folyamatosan növeli transzlációs mozgásának sebességét a térben.

A galaxis evolúciója végül elvezeti az anyag elemi részecskéit arra a pillanatra, amikor képesek lesznek egymásra szakító hatást kifejteni. Előfordulhat, hogy az elemi részecskék nem találkoznak párhuzamos pályákon, amikor az egyik részecske lassan és simán közeledik a másikhoz, mint egy hajó a mólóhoz. Találkozhatnak térben és ellentétes pályákon. Ekkor szinte elkerülhetetlen a kemény ütközés és ennek következtében egy elemi részecske törés. Egy nagyon erős energia-perturbációs hullám alá kerülhetnek, ami szintén szakadáshoz vezet.

Mi lehet az a "törmelék", amely egy elemi anyagrészecske felszakadása következtében keletkezett?

Tekintsük azt az esetet, amikor külső hatás hatására az anyag elemi részecskéiből - egy deutérium atom - protonná és neutronná bomlott.

A páros szerkezet szakadása nem a kapcsolódásuk helyén következik be -. A párszerkezet két elemi részecskéjének egyike eltörik.

A proton és a neutron szerkezetében különbözik egymástól.

• A proton egy enyhén lerövidített elemi részecske (törés után),
• neutron - egy teljes értékű elemi részecskéből és egy "csonkból" álló szerkezet - az első részecske elülső, könnyű csúcsa.

Egy teljes értékű elemi részecske összetételében teljes készlettel rendelkezik - "N" anyagkvantumok. A proton "N-n" anyagkvantumokkal rendelkezik. A neutronnak "N + n" kvantuma van.

A proton viselkedése egyértelmű. Még az anyag végső kvantumát elvesztve is aktívan folytatja az energiát: új végső kvantumának anyagsűrűsége mindig megfelel a megsemmisülés feltételeinek. Ez az új végső anyagkvantum a megsemmisülés új pontjává válik. Általában a proton a várt módon viselkedik. A protonok tulajdonságait minden fizika tankönyv jól leírja. Csak egy kicsit könnyebb lesz, mint "teljes értékű" megfelelője - egy teljes értékű elemi anyagrészecske.

A neutron másként viselkedik. Tekintsük először a neutron szerkezetét. A szerkezete magyarázza "furcsaságát".

Lényegében a neutron két részből áll. Az első rész egy teljes értékű elemi anyagrészecske, amelynek elülső végén egy megsemmisülési pont található. A második rész az első elemi részecske erősen lerövidített, könnyű "csonkja", amely a kettős szerkezet felszakadása után maradt meg, és egy megsemmisülési ponttal is rendelkezik. Ezt a két részt megsemmisülési pontok kapcsolják össze. Így a neutronnak kettős annihilációs pontja van.

A gondolkodás logikája azt sugallja, hogy a neuron e két súlyozott része eltérően fog viselkedni. Ha az első rész, amely egy teljes tömegű elemi részecske, a várakozásoknak megfelelően megsemmisíti a szabad energiát, és fokozatosan felgyorsul az univerzum terében, akkor a második, könnyű rész nagyobb sebességgel kezdi meg semmisíteni a szabad energiát.

Egy elemi anyagrészecske mozgása a térben a következők miatt valósul meg: a diffundáló energia magával rántja az áramlásaiba esett részecskét. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb tömegű egy anyagrészecske, annál könnyebben vonják magukkal az energiaáramlások ezt a részecskét, annál nagyobb a részecske sebessége. Egyértelmű, hogy mit nagy mennyiség Az energiát egyidejűleg egy aktív kvantum hajtogatja, minél erősebbek a szétszóródó energiaáramlások, annál könnyebben rángathatják magukkal ezek az áramlások egy részecskét. Megkapjuk a függőséget: Egy anyagrészecske térbeli transzlációs mozgásának sebessége arányos az aktív kvantum anyagának tömegével és fordítottan arányos az anyagrészecske teljes tömegével :

A neutron második, könnyű része tömege sokszor kisebb, mint egy teljes tömegű elemi anyagrészecske tömege. De aktív kvantumaik tömege egyenlő. Vagyis: ugyanolyan ütemben semmisítik meg az energiát. Azt kapjuk, hogy a neutron második részének transzlációs mozgásának sebessége gyorsan növekszik, és gyorsabban kezdi megsemmisíteni az energiát. (A félreértés elkerülése érdekében a neutron második, könnyű részét elektronnak nevezzük).

neutron rajza

Egy elektron által egyidejűleg megsemmisített energia hirtelen növekvő mennyisége, miközben neutron összetételében van, a neutron tehetetlenségéhez vezet. Az elektron több energiát kezd megsemmisíteni, mint "szomszédja" - egy teljes értékű elemi részecske. Még nem tud elszakadni a közös neutronok megsemmisülési pontjától: erőteljes vonzási erők zavarják meg. Ennek eredményeként az elektron a közös megsemmisülési pont mögött kezd "enni".

Ezzel egy időben az elektron elmozdulni kezd partneréhez és kondenzációjához képest szabad energia szomszédja megsemmisülési pontjának tartományába esik. Ami azonnal elkezdi "enni" ezt a sűrűsödést. Az elektron és egy teljes értékű részecske ilyen átkapcsolása "belső" erőforrásokra - a szabad energia kondenzációja a megsemmisülési pont mögött - a neutron vonzási és taszító erejének gyors csökkenéséhez vezet.

Az elektron leválása a neutron általános szerkezetéről abban a pillanatban következik be, amikor az elektron elmozdulása egy teljes tömegű elemi részecskéhez képest elég nagy lesz, és a két megsemmisülési pont vonzási kötéseit megszakító erő kezd túllépni. ezeknek az annihilációs pontoknak a vonzási ereje, és a neutron második, könnyű része (elektron) gyorsan elszáll.

Ennek eredményeként a neutron két egységre bomlik: egy teljes értékű elemi részecske - egy proton és egy könnyű, rövidített anyagrészecske - egy elektron.

A modern adatok szerint egyetlen neutron szerkezete körülbelül tizenöt percig létezik. Ezután spontán bomlik protonra és elektronra. Ez a tizenöt perc az elektron elmozdulásának ideje a neutron közös megsemmisülési pontjához képest, és küzd a „szabadságáért”.

Összefoglalunk néhány eredményt:

• A PROTON egy teljes értékű elemi anyagrészecske, egy megsemmisülési ponttal, vagy egy elemi anyagrészecske nehéz része, amely a fénykvantumok leválasztása után marad meg.
• A NEUTRON egy kettős szerkezet, amelynek két megsemmisülési pontja van, és amely egy elemi anyagrészecskéből, valamint egy másik elemi anyagrészecske könnyű elülső részéből áll.
• ELEKTRON - az elemi anyagrészecske elülső része, amelynek egy megsemmisülési pontja van, és fénykvantumokból áll, amelyek az anyag elemi részecske szakadása következtében alakulnak ki.
• A tudomány által elismert „proton-neutron” szerkezet a DEUTÉRIUM ATOM, két elemi részecske szerkezete, amelynek kettős megsemmisülési pontja van.

Az elektron nem független elemi részecske, amely az atommag körül kering.

Az elektron, ahogyan azt a tudomány tekinti, nincs benne az atom összetételében.

Az atommag pedig, mint olyan, nem létezik a természetben, mint ahogy nincs neutron sem független elemi anyagrészecske formájában.

Az elektron és a neutron is két elemi részecske páros szerkezetének származéka, miután külső hatás hatására két egyenlőtlen részre törik. Bármely kémiai elem atomjának összetételében a proton és a neutron egy szabványos párszerkezet - két teljes tömegű elemi anyagrészecske - két proton, amelyeket megsemmisülési pontok egyesítenek..

A modern fizikában van egy megingathatatlan álláspont, miszerint a proton és az elektron azonos, de ellentétes elektromos töltésekkel rendelkezik. Állítólag ezen ellentétes töltések kölcsönhatása következtében vonzódnak egymáshoz. Elég logikus magyarázat. Helyesen tükrözi a jelenség mechanizmusát, de teljesen téves - a lényege.

Az elemi részecskéknek nincs sem pozitív, sem negatív "elektromos" töltése, mint ahogy az anyagnak sem létezik speciális formája "elektromos mező" formájában. Az ilyen „elektromosság” az ember találmánya, amelyet az okoz, hogy képtelen megmagyarázni a jelenlegi állapotokat.

Az „elektromos” és az elektron egymáshoz való viszonyát valójában a megsemmisülési pontjaikra irányított energiaáramlás hozza létre, az univerzum terében való előre mozgásuk eredményeként. Amikor az egymás vonzási erőinek hatászónájába esnek. Valójában egyenlő nagyságú, de ellentétes elektromos töltésű kölcsönhatásnak tűnik.

"hasonló elektromos töltések", például: két protonnak vagy két elektronnak is más a magyarázata. A taszítás akkor következik be, amikor az egyik részecske belép egy másik részecske taszító erőinek hatászónájába - vagyis a megsemmisülési pontja mögötti energiakondenzációs zónába. Ezzel egy korábbi cikkünkben foglalkoztunk.

A "proton - antiproton", "elektron - pozitron" kölcsönhatásnak is más magyarázata van. Ilyen kölcsönhatáson a protonok vagy elektronok szellemének kölcsönhatását értjük, amikor ütközési úton haladnak. Ilyenkor a csak vonzás általi interakciójuk miatt (nincs taszítás, hiszen mindegyik taszítási zónája mögöttük van), kemény érintkezésük következik be. Ennek eredményeként két proton (elektron) helyett teljesen más „elemi részecskéket” kapunk, amelyek tulajdonképpen e két proton (elektron) merev kölcsönhatásának származékai.

Az anyagok atomi szerkezete. Atom modell

Tekintsük az atom szerkezetét.

Neutron és elektron - mint az anyag elemi részecskéi - nem léteznek. Ez az, amit fentebb tárgyaltunk. Ennek megfelelően: nincs atommag és annak elektronhéja. Ez a hiba erőteljes akadálya az anyag szerkezetének további kutatásának.

Az anyag egyetlen elemi részecskéje csak a proton. Bármely kémiai elem atomja két elemi anyagrészecske páros szerkezeteiből áll (kivéve az izotópokat, ahol több elemi részecske is hozzáadódik a páros szerkezethez).

További érvelésünkhöz szükséges figyelembe venni a közös megsemmisülési pont fogalmát.

Az anyag elemi részecskéi megsemmisülési pontokon keresztül lépnek kölcsönhatásba egymással. Ez a kölcsönhatás anyagi struktúrák kialakulásához vezet: atomok, molekulák, fizikai testek… amelyeknek közös atommegsemmisülési pontja, közös molekula megsemmisülési pontja…

ÁLTALÁNOS MEGSEMMISÍTÉSI PONT - az anyag elemi részecskéinek két egyszeri megsemmisülési pontja egy párszerkezet közös megsemmisülési pontjává válik, vagy a páros szerkezetek közös megsemmisülési pontja egy kémiai elem atomjának közös megsemmisülési pontjává, vagy közös. atomok megsemmisülési pontjai kémiai elemek– a közös molekuláris annihilációs pontig .

A lényeg itt az, hogy az anyagrészecskék egyesülése vonzásként és taszításként működik, mint egyetlen integrált tárgy. Végeredményben még bármely fizikai test is ábrázolható e fizikai test közös megsemmisülési pontjaként: ez a test egyetlen, integrált fizikai objektumként, egyetlen megsemmisülési pontként vonz magához más fizikai testeket. Ebben az esetben gravitációs jelenségeket kapunk - a fizikai testek közötti vonzást.

A galaxis fejlődési ciklusának fázisában, amikor a vonzási erők kellően nagyok lesznek, megkezdődik a deutérium atomok egyesülése más atomok szerkezetébe. A kémiai elemek atomjai szekvenciálisan jönnek létre, ahogy az elemi anyagrészecskék transzlációs mozgásának sebessége növekszik (értsd: növekszik a galaxis transzlációs mozgásának sebessége az univerzum terében) új elemi részecskék páros szerkezetek összekapcsolásával. az anyagtól a deutérium atomig.

Az egyesülés szekvenciálisan történik: minden új atomban az anyag elemi részecskéinek egy új párszerkezete jelenik meg (ritkábban egyetlen elemi részecske). Mi adja a deutérium atomok kombinációját más atomok szerkezetével:

1. Megjelenik az atom közös megsemmisülési pontja. Ez azt jelenti, hogy atomunk vonzás és taszítás révén fog kölcsönhatásba lépni az összes többi atommal és elemi részecskével, egyetlen integrált szerkezetként.
2. Megjelenik az atom tere, amelyben a szabad energia sűrűsége sokszorosan meghaladja a terén kívüli szabad energia sűrűségét. A nagyon nagy energiasűrűség egyetlen megsemmisülési pont mögött az atom terében egyszerűen nem lesz ideje erősen leesni: az elemi részecskék közötti távolságok túl kicsik. Az atomon belüli térben az átlagos szabadenergia-sűrűség sokszorosa az univerzum tere szabadenergia-sűrűségi állandójának értékének.

Kémiai elemek, molekulák atomjainak felépítésében vegyi anyagok, fizikai testek, az anyagi részecskék és testek kölcsönhatásának legfontosabb törvénye nyilvánul meg:

Az intranukleáris, kémiai, elektromos, gravitációs kötések erőssége az atomon belüli megsemmisülési pontok, a molekulákon belüli atomok közös megsemmisülési pontjai, a fizikai testeken belüli molekulák közös megsemmisülési pontjai, a fizikai testek közötti távolságoktól függ. Minél kisebb a távolság a közös megsemmisülési pontok között, annál erősebb vonzóerők hatnak közöttük.

Egyértelmű, hogy:

• Az intranukleáris kötések alatt az elemi részecskék és az atomokon belüli párszerkezetek közötti kölcsönhatásokat értjük.
• Kémiai kötéseken a molekulák szerkezetében lévő atomok közötti kölcsönhatásokat értjük.
• Az elektromos kapcsolatokon a fizikai testek, folyadékok, gázok összetételében lévő molekulák közötti kölcsönhatásokat értjük.
• Gravitációs kötéseken a fizikai testek közötti kölcsönhatásokat értjük.

A második kémiai elem - a hélium atom - képződése akkor következik be, amikor a galaxis az űrben kellően nagy sebességre gyorsul, amikor két deutérium atom vonzóereje eléri a nagy értéket, olyan távolságra közelednek, amely lehetővé teszi számukra, hogy egy a hélium atom négyszeres szerkezete.

A galaxis előrehaladási sebességének további növekedése a következő (a periódusos rendszer szerint) kémiai elemek atomjainak kialakulásához vezet. Ugyanakkor: az egyes kémiai elemek atomjainak keletkezése megfelel a galaxis progresszív mozgásának saját, szigorúan meghatározott sebességének a világegyetem terében. Hívjuk fel egy kémiai elem atomjának képződési sebessége .

A hélium atom a hidrogén után a második atom a galaxisban. Aztán, ahogy a galaxis előrehaladásának sebessége növekszik, a következő deutérium atom áthatol a hélium atomig. Ez azt jelenti, hogy a galaxis előrefelé irányuló mozgásának sebessége elérte a lítiumatom szokásos képződési sebességét. Ekkor a periódusos rendszer szerint eléri a berillium, szén… stb. atomok normál képződési sebességét.

atommodell

A fenti diagramon láthatjuk, hogy:

1. Az atomban minden periódus páros szerkezetek gyűrűje.
2. Az atom középpontját mindig a héliumatom négyszeres szerkezete foglalja el.
3. Az azonos időszak összes párosított szerkezete szigorúan ugyanabban a síkban helyezkedik el.
4. A periódusok közötti távolságok sokkal nagyobbak, mint az egy perióduson belüli párszerkezetek közötti távolságok.

Természetesen ez egy nagyon leegyszerűsített séma, és nem tükrözi az atomok felépítésének minden valóságát. Például: minden új párszerkezet, amely egy atomhoz csatlakozik, kiszorítja annak az időszaknak a többi párszerkezetét, amelyhez kapcsolódik.

Megkapjuk azt az elvet, hogy az atom geometriai középpontja körül gyűrű formájában periódus épüljön fel:

• a korabeli szerkezet egy síkban épül fel. Ezt elősegíti a galaxis összes elemi részecskéjének transzlációs mozgásának általános vektora.
• azonos periódusú párszerkezetek épülnek az atom geometriai középpontja köré egyenlő távolságra.
• az atom, amely köré egy új periódus épül, egységesként viselkedik ezzel az új periódussal komplett rendszer.

Így megkapjuk a legfontosabb szabályszerűséget a kémiai elemek atomjainak felépítésében:

SZIGORÚAN MEGHATÁROZOTT SZÁMÚ PÁRSZERKEZET SZABÁLYOSSÁGA: egyidejűleg, egy atom közös megsemmisülési pontjának geometriai középpontjától bizonyos távolságra, csak bizonyos számú elemi anyagrészecskék párszerkezete helyezhető el.

Vagyis: a periódusos rendszer második, harmadik periódusában - egyenként nyolc elem, a negyedik, ötödik - tizennyolc, a hatodik, hetedik - harminckettő. Az atom növekvő átmérője lehetővé teszi a párosított struktúrák számának növekedését minden következő periódusban.

Nyilvánvaló, hogy ez a minta határozza meg a periodicitás elvét a kémiai elemek atomjainak felépítésében, amelyet D. I. fedezett fel. Mengyelejev.

Egy kémiai elem atomján belül minden periódus egyetlen integrál rendszerként viselkedik vele kapcsolatban. Ezt a periódusok közötti távolságok ugrásai határozzák meg: sokkal nagyobbak, mint az egy perióduson belüli párszerkezetek közötti távolságok.

A nem teljes periódusú atom a fenti szabályszerűségnek megfelelően kémiai aktivitást mutat. Mivel az atom vonzási és taszító erői kiegyensúlyozatlanok a vonzási erők javára. De az utolsó párszerkezet hozzáadásával az egyensúlyhiány megszűnik, az új időszak ölt formát jobb kör- egységes, integrált, teljes rendszerré válik. És kapunk egy inert gáz atomját.

Az atom szerkezetének felépítésének legfontosabb mintája: az atomnak sík-kaszkádja vanszerkezet . Valami csillárszerű.

• Az azonos periódusú páros szerkezetek ugyanabban a síkban, az atom transzlációs mozgásának vektorára merőlegesen helyezkedjenek el.
• ugyanakkor az atomban a periódusoknak kaszkádnak kell lenniük.

Ez megmagyarázza, hogy a második és harmadik periódusban (valamint a negyedik - ötödik, hatodik - hetedik periódusban) ugyanannyi páros szerkezet (lásd az alábbi ábrát). Az atom ilyen szerkezete az elemi részecske vonzási és taszítási erőinek eloszlásának következménye: a vonzó erők a részecske elülső (a mozgás irányában) féltekén, a taszító erők a hátsó féltekén hatnak.

Ellenkező esetben az egyes párszerkezetek megsemmisülési pontjai mögötti szabadenergia-koncentrációk más párszerkezetek megsemmisülési pontjainak vonzási zónájába esnek, és az atom elkerülhetetlenül szétesik.

Az alábbiakban az argonatom sematikus térfogati képét látjuk

argon atom modell

Az alábbi ábrán egy „metszet”, egy atom két periódusának „oldalnézete” látható - a második és a harmadik:

Pontosan így kell a páros szerkezeteket az atom középpontjához képest orientálni egyenlő számú páros szerkezetű periódusokban (a második - a harmadik, a negyedik - az ötödik, a hatodik - a hetedik).

Az elemi részecske megsemmisülési pontja mögötti kondenzációban lévő energia mennyisége folyamatosan növekszik. Ez a képletből kiderül:

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

ahol:

E 1 a megsemmisülési pont által a mozgás elülső féltekéjéből felgöngyölített (elnyelt) szabad energia mennyisége.

E 2 az összehajtott (elnyelt) megsemmisülési pont szabad energiájának mennyisége a mozgás hátsó féltekéjéből.

ΔЕ az elemi részecske mozgásának elülső és hátsó féltekéjéből felgöngyölt (elnyelt) szabadenergia mennyisége közötti különbség.

W egy elemi részecske mozgási sebessége.

Itt azt látjuk, hogy egy mozgó részecske megsemmisülési pontja mögött folyamatosan nő az energiakondenzáció tömege, ahogy előrefelé irányuló mozgásának sebessége nő.

Az atom szerkezetében ez abban nyilvánul meg, hogy az egyes következő atomok szerkezete mögötti energiasűrűség növekszik geometriai progresszió. A megsemmisülési pontok vonzási erejükkel „vasmarkolással” tartják egymást. Ugyanakkor a növekvő taszító erő egyre jobban eltéríti egymástól az atom páros szerkezeteit. Így egy atom lapos kaszkádszerkezetét kapjuk.

Az atomnak alakját tekintve egy tál alakjára kell hasonlítania, ahol az "alul" a hélium atom szerkezete. A tál "szélei" pedig az utolsó időszak. A "tálkanyar" helyei: a második - a harmadik, a negyedik - az ötödik, a hatodik - a hetedik periódus. Ezek a "hajlítások" lehetővé teszik a formálást különböző időszakok azonos számú páros szerkezettel

hélium atom modell

Az atom lapos kaszkád szerkezete és a benne lévő páros szerkezetek gyűrűs elrendezése határozza meg Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszerének periodikusságát és felépítési sorát, az atomok hasonló kémiai tulajdonságainak megnyilvánulásának periodicitását. a periódusos rendszer sora.

Az atom síkbeli kaszkádszerkezete az atom egyetlen terének megjelenését kelti, nagy sűrűségű szabad energiával.

• Az atom összes páros szerkezete az atom középpontja irányába (vagy inkább: az atom geometriai tengelyén elhelyezkedő pont irányába, az atom mozgásának irányába) orientált.
• Minden egyedi megsemmisülési pont az atomon belüli periódusgyűrűk mentén helyezkedik el.
• Minden egyes szabadenergia-klaszter a megsemmisülési pontja mögött helyezkedik el.

Az eredmény: egyetlen nagy sűrűségű szabadenergia-koncentráció, melynek határai az atom határai. Ezek a határok, mint tudjuk, a tudományban Yukawa-erőkként ismert erők hatásának határai.

Az atom sík-kaszkád szerkezete a vonzó és taszító erők zónáit bizonyos módon újraelosztja. Már megfigyeljük a vonzási és taszító erők zónáinak újraeloszlását a páros struktúrában:

A páros szerkezet taszító erőinek hatászónája a vonzási erők hatászónája miatt növekszik (az egyes elemi részecskékkel összehasonlítva). A vonzóerők hatászónája ennek megfelelően csökken. (A vonzási erő hatászónája csökken, de maga az erő nem). Az atom lapos kaszkádszerkezete még nagyobb növekedést biztosít számunkra az atom taszító erőinek hatászónájában.

• Minden új periódussal a taszító erők hatászónája hajlamos egy teljes labdát alkotni.
• A vonzási erők hatászónája egy folyamatosan csökkenő átmérőjű kúp lesz

Az atom új periódusának felépítésében még egy szabályszerűség követhető nyomon: egy periódus összes párszerkezete szigorúan szimmetrikusan helyezkedik el az atom geometriai középpontjához képest, függetlenül a párszerkezetek számától a periódusban.

Minden egyes új párszerkezet, az összekapcsolás, megváltoztatja a periódus összes többi párszerkezetének helyét úgy, hogy a köztük lévő távolságok a periódusban mindig egyenlőek legyenek egymással. Ezek a távolságok csökkennek a következő párszerkezet hozzáadásával. Befejezetlen külső időszak egy kémiai elem atomja kémiailag aktívvá teszi.

A periódusok közötti távolságok, amelyek sokkal nagyobbak, mint az egy perióduson belüli páros részecskék közötti távolságok, az időszakokat viszonylag függetlenné teszik egymástól.

Az atom minden periódusa összefügg az összes többi periódussal és az egész atommal, mint önálló egész szerkezettel.

Ez meghatározza, hogy az atom kémiai aktivitását csaknem 100%-ban csak az atom utolsó periódusa határozza meg. A teljesen kitöltött utolsó periódus megadja az atom taszító erőinek maximális kitöltött zónáját. Egy atom kémiai aktivitása majdnem nulla. Az atom, mint egy labda, eltolja magától a többi atomot. Itt gázt látunk. És nem csak gáz, hanem inert gáz.

Az új korszak első páros szerkezetének hozzáadása megváltoztatja ezt az idilli képet. A taszító és vonzó erők hatászónáinak eloszlása ​​a vonzási erők javára változik. Az atom kémiailag aktívvá válik. Ez egy atom alkálifém.

Minden következő páros szerkezet hozzáadásával megváltozik az atom vonzási és taszító erőinek eloszlási zónáinak egyensúlya: a taszító erők zónája nő, a vonzási erők zónája csökken. És minden következő atom egy kicsit kevesebb fém lesz, és egy kicsit több nemfém.

Az atomok lapos kaszkád alakja, a vonzási és taszító erők hatászónáinak újraelosztása a következőket adja: Egy kémiai elem atomja, amely ütközés közben is találkozik egy másik atommal, hiba nélkül beleesik a zónába. ennek az atomnak a taszító erőinek hatásáról. És nem pusztítja el magát, és nem pusztítja el ezt a másik atomot sem.

Mindez figyelemre méltó eredményre vezet: a kémiai elemek atomjai egymással vegyületté lépve háromdimenziós molekulaszerkezeteket alkotnak. Ellentétben az atomok lapos - kaszkádszerkezetével. A molekula atomok stabil, háromdimenziós szerkezete.

Tekintsük az atomok és molekulák belsejében folyó energiaáramlást.

Mindenekelőtt megjegyezzük, hogy egy elemi részecske ciklusokban veszi fel az energiát. Azaz: a ciklus első felében az elemi részecske energiát vesz fel a legközelebbi térből. Itt űr keletkezik - szabad energia nélküli tér.

A ciklus második felében: a távolabbi környezetből érkező energiák azonnal elkezdik kitölteni a keletkező űrt. Vagyis a térben energiaáramlások lesznek, amelyek a megsemmisülés pontjára irányulnak. A részecske a transzlációs mozgás pozitív lendületét kapja. DE kötött energia a részecske belsejében elkezdi újraosztani a sűrűségét.

Mire vagyunk itt kíváncsiak?

Mivel a megsemmisítési ciklus két fázisra oszlik: az energiaelnyelés fázisára és az energiamozgás fázisára (az űr kitöltésére), átlagsebesség Az energiaáramlás a megsemmisülési pont tartományában durván szólva kétszeresére csökken.

És ami rendkívül fontos:

Az atomok, molekulák, fizikai testek felépítésében egy nagyon fontos szabályszerűség nyilvánul meg: minden anyagi struktúra, mint pl.: páros szerkezetek - deutérium atomok, egyes atomok körüli periódusok, atomok, molekulák, fizikai testek stabilitását a megsemmisülési folyamataik szigorú rendezettsége biztosítja.

Ezt fontold meg.

1. Páros szerkezet által generált energiaáramlások. A páros szerkezetben az elemi részecskék szinkron módon semmisítik meg az energiát. Ellenkező esetben az elemi részecskék "felfalnák" az egymás megsemmisülési pontja mögötti energiakoncentrációt. A párszerkezet egyértelmű hullámkarakterisztikáját kapjuk. Ezenkívül emlékeztetünk arra, hogy a megsemmisülési folyamatok ciklikussága miatt az energiaáramlás átlagos sebessége itt a felére csökken.
2. Energia áramlik az atomon belül. Az elv ugyanaz: minden párosított, azonos periódusú struktúrának szinkron módon - szinkron ciklusokban - kell megsemmisítenie az energiát. Hasonlóképpen: az atomon belüli megsemmisülési folyamatokat szinkronizálni kell a periódusok között. Bármilyen aszinkrónia az atom pusztulásához vezet. Itt a szinkronitás kissé eltérhet. Feltételezhető, hogy egy atomban az időszakok egymás után, egymás után, egy hullámban semmisítik meg az energiát.
3. Az energia egy molekulában, egy fizikai testben áramlik. Egy molekula szerkezetében az atomok közötti távolságok sokszor nagyobbak, mint az atomon belüli periódusok közötti távolságok. Ezenkívül a molekulának ömlesztett szerkezete van. Mint minden fizikai testnek, ennek is háromdimenziós szerkezete van. Nyilvánvaló, hogy a megsemmisítési folyamatok szinkronizálásának itt következetesnek kell lennie. A perifériáról a központba irányítva, vagy fordítva: a központból a perifériába - számoljon, ahogy tetszik.

A szinkronitás elve további két szabályszerűséget ad nekünk:

• Az atomok, molekulák, fizikai testek belsejében áramló energia sebessége sokkal kisebb, mint az univerzum terében az energiamozgás sebességállandója. Ez a minta segít megérteni (a 7. cikkben) az elektromosság folyamatait.
• Minél nagyobb szerkezetet látunk (egymás után: elemi részecske, atom, molekula, fizikai test), annál nagyobb hullámhosszúságot fogunk megfigyelni a hullámkarakterisztikában. Ez vonatkozik a fizikai testekre is: minél nagyobb egy fizikai test tömege, annál nagyobb a hullámhossza.

• Fordítás

Minden atom középpontjában az atommag található, a protonoknak és neutronoknak nevezett részecskék apró halmaza. Ebben a cikkben a protonok és neutronok természetét fogjuk tanulmányozni, amelyek még kisebb részecskékből állnak - kvarkokból, gluonokból és antikvarkokból. (A gluonok, akárcsak a fotonok, saját antirészecskék.) A kvarkok és a gluonok, amennyire tudjuk, valóban elemiek lehetnek (oszthatatlanok és nem valami kisebbből állnak). De nekik később.

Meglepő módon a protonok és a neutronok tömege majdnem azonos - akár egy százalékig:

• 0,93827 GeV/c 2 egy protonnál,
• 0,93957 GeV/c 2 egy neutronnál.

Ez a kulcsa a természetüknek – valójában nagyon hasonlóak. Igen, van köztük egy nyilvánvaló különbség: a protonnak van pozitívuma elektromos töltés, míg a neutronnak nincs töltése (semleges, innen a neve). Ennek megfelelően elektromos erők hatnak az elsőre, de nem a másodikra. Első pillantásra ez a megkülönböztetés nagyon fontosnak tűnik! De valójában nem az. Minden más értelemben a proton és a neutron szinte ikrek. Nemcsak tömegük, hanem belső szerkezetük is azonos.

Mivel nagyon hasonlóak, és mivel ezek a részecskék atommagot alkotnak, a protonokat és a neutronokat gyakran nukleonoknak nevezik.

A protonokat 1920 körül azonosították és leírták (bár korábban fedezték fel őket; a hidrogénatom magja csak egyetlen proton), neutronokat pedig 1933 körül találtak. Azt, hogy a protonok és a neutronok annyira hasonlítanak egymásra, szinte azonnal megértették. De azt a tényt, hogy a mag méretéhez mérhető méretük van (körülbelül 100 000-szer kisebb, mint egy atom sugara), 1954-ig nem tudták. Az 1960-as évek közepétől a hetvenes évek közepéig fokozatosan megértették, hogy kvarkokból, antikvarkokból és gluonokból állnak. A 70-es évek végére és a 80-as évek elejére a protonokról, neutronokról és azok összetételéről alkotott ismereteink nagyrészt megnyugodtak, és azóta is változatlanok.

A nukleonokat sokkal nehezebb leírni, mint az atomokat vagy az atommagokat. Hogy ne mondjam, de legalább habozás nélkül kijelenthetjük, hogy egy héliumatom két elektronból áll, amelyek egy apró héliummag körül keringenek; a hélium atommag pedig két neutronból és két protonból álló meglehetősen egyszerű csoport. De a nukleonokkal nem minden olyan egyszerű. Már írtam a "" cikkben, hogy az atom úgy néz ki, mint egy elegáns menüett, a nukleon pedig egy vad partinak.

A proton és a neutron összetettsége valósnak tűnik, és nem a hiányos fizikai ismeretekből fakad. Egyenleteink vannak a kvarkok, antikvarkok és gluonok, valamint a köztük fellépő erős nukleáris erők leírására. Ezeket az egyenleteket QCD-nek nevezik, a „kvantumkromodinamika” szóból. Az egyenletek pontossága ellenőrizhető különböző utak, beleértve a Nagy Hadronütköztetőben megjelenő részecskék számának mérését. A QCD-egyenleteket számítógépbe behelyettesítve és számításokat futtatva a protonok és neutronok, valamint más hasonló részecskék (együttesen "hadronok") tulajdonságaira vonatkozóan olyan előrejelzéseket kapunk e részecskék tulajdonságairól, amelyek jól közelítik a való Világ. Ezért van okunk azt hinni, hogy a QCD-egyenletek nem hazudnak, és a protonról és a neutronról szóló ismereteink a helyes egyenleten alapulnak. De nem elég a megfelelő egyenletekkel rendelkezni, mert:

• Nál nél egyszerű egyenletek nagyon lehet összetett döntések,
• Az összetett megoldásokat néha nem lehet egyszerűen leírni.

A nukleonokkal, amennyire megtudjuk, pontosan ez a helyzet: viszonylag egyszerű QCD-egyenletek összetett megoldásai, amelyeket nem lehet pár szóban vagy képben leírni.

A nukleonok eredendő összetettsége miatt Önnek, az olvasónak, döntenie kell: mennyit szeretne tudni a leírt komplexitásról? Nem számít, milyen messzire megy, valószínűleg nem lesz elégedett: minél többet tanul, annál érthetőbb lesz a téma, de a végső válasz ugyanaz marad - a proton és a neutron nagyon összetett. A megértés három szintjét tudom ajánlani, növekvő részletességgel; bármelyik szint után megállhatsz és áttérhetsz más témákra, vagy az utolsóig merülhetsz. Minden szint olyan kérdéseket vet fel, amelyekre részben válaszolni tudok a következőben, de az új válaszok új kérdéseket vetnek fel. Összefoglalva - ahogy a kollégákkal, haladó hallgatókkal folytatott szakmai megbeszéléseken is teszem - csak valós kísérletek adataira, különféle befolyásos elméleti érvekre, számítógépes szimulációkra tudok hivatkozni.

A megértés első szintje

Miből állnak a protonok és a neutronok?

Rizs. 1: A protonok túlzottan leegyszerűsített változata, amely csak két felfelé és egy lefelé kvarkból áll, valamint a neutronokból, amelyek csak két le kvarkból és egy fel kvarkból állnak

A dolgok leegyszerűsítése érdekében sok könyv, cikk és webhely azt állítja, hogy a protonok három kvarkból állnak (kettő felfelé és egy lefelé), és valami alakot rajzolnak. 1. A neutron ugyanaz, csak egy fel és két le kvarkból áll. Ez az egyszerű kép azt illusztrálja, amit egyes tudósok hittek, többnyire az 1960-as években. De hamar kiderült, hogy ez a nézőpont annyira leegyszerűsödött, hogy már nem volt helytálló.

Kifinomultabb információforrásokból megtudhatja, hogy a protonok három kvarkból állnak (kettő felfelé és egy lefelé), amelyeket gluonok tartanak össze – és a képhez hasonló kép jelenhet meg. 2, ahol a gluonokat rugókként vagy húrokként húzzák, amelyek kvarkokat tartanak. A neutronok ugyanazok, csak egy up kvarkkal és két le kvarkkal.

Rizs. 2: javítás ábra. 1 az erős nukleáris erő fontos szerepének hangsúlyozása miatt, amely a kvarkokat a protonban tartja

Nem is olyan rossz a nukleonok leírása, mivel az erős magerő fontos szerepét hangsúlyozza, amely a kvarkokat a protonban tartja a gluonok rovására (ugyanúgy, mint a foton, a fényt alkotó részecske, az elektromágneses erővel függ össze). De ez is zavaró, mert nem igazán magyarázza meg, mik azok a gluonok, és mit csinálnak.

Megvan az oka annak, hogy úgy írjam le a dolgokat, ahogy én tettem: a proton három kvarkból (kettő fent és egy lent), egy csomó gluonból és egy hegy kvark-antikvark párból áll (főleg fel és le kvarkokból). , de van néhány furcsa is) . Mindannyian nagyon nagy sebességgel repülnek oda-vissza (a fénysebességet megközelítve); ezt az egész halmazt az erős nukleáris erő tartja össze. Ezt az ábrán mutattam be. 3. A neutronok ismét ugyanazok, de egy felfelé és két lefelé kvarkkal; a tulajdonost váltott kvarkot nyíl jelzi.

Rizs. 3: a protonok és neutronok valósághűbb, bár még mindig nem ideális ábrázolása

Ezek a kvarkok, antikvarkok és gluonok nemcsak össze-vissza száguldoznak, hanem egymásnak is ütköznek és egymásba alakulnak olyan folyamatok során, mint a részecskesemmisülés (amely során egy kvark és egy azonos típusú antikvark két gluonná vagy satuvá alakul fordítva) vagy egy gluon abszorpciója és kibocsátása (amelyben egy kvark és egy gluon ütközhet, és egy kvark és két gluon képződhet, vagy fordítva).

Mit csinálnak ezek három leírás Tábornok:

• Két up kvark és egy down kvark (plusz valami más) egy protonhoz.
• Egy felfelé kvark és két lefelé kvark (plusz valami más) egy neutronhoz.
• A "valami más" a neutronoknál ugyanaz, mint a "valami más" a protonoknál. Vagyis a nukleonoknak van „valami más” ugyanaz.
• A proton és a neutron közötti kis tömegkülönbség a down kvark és a fel kvark tömegének különbségéből adódik.

És azóta:

• up kvarkoknál az elektromos töltés 2/3 e (ahol e a proton töltése, -e az elektron töltése),
• A pehelykvarkok töltése -1/3e,
• a gluonok töltése 0,
• bármely kvark és a hozzá tartozó antikvark teljes töltése 0 (például az anti-down kvark töltése +1/3e, tehát a down kvark és a down antikvark töltése -1/3 e +1/ 3 e = 0),

Mindegyik ábra két felfelé és egy lefelé kvarkhoz rendeli a proton elektromos töltését, és „valami más” 0-val egészíti ki a töltést. Hasonlóképpen a neutron nulla töltése van egy felfelé és két lefelé kvark miatt:

• a proton teljes elektromos töltése 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• a neutron teljes elektromos töltése 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Ezek a leírások a következőkben különböznek:

• mennyi "valami más" van a nukleonban,
• mit keres ott
• honnan származik a nukleon tömege és tömegenergiája (E = mc 2, a részecske nyugalmi állapotában is jelen lévő energia).

Mivel az atom tömegének, és így az összes közönséges anyag nagy részét protonok és neutronok tartalmazzák, az utolsó pont rendkívül fontos helyes megértés természetünk.

Rizs. Az 1 szerint a kvarkok valójában a nukleon egyharmadát képviselik – hasonlóan a protonokhoz vagy a neutronokhoz, a héliummag egynegyedét vagy a szénatommag 1/12-ét képviselik. Ha ez a kép igaz lenne, akkor a nukleonban lévő kvarkok viszonylag lassan mozognának (a fénysebességnél jóval kisebb sebességgel), és viszonylag gyenge erők hatnának köztük (noha valami erős erővel tartják őket a helyükön). A kvark tömege felfelé és lefelé 0,3 GeV/c 2 nagyságrendű lenne, ami körülbelül egyharmada a proton tömegének. De ez egy egyszerű kép, és az általa előállított ötletek egyszerűen tévesek.

Rizs. 3. egészen más képet ad a protonról, mint a fénysebességhez közeli sebességgel átsuhanó részecskék üstjéről. Ezek a részecskék ütköznek egymással, és ezekben az ütközésekben egy részük megsemmisül, mások pedig helyükre jönnek létre. A gluonoknak nincs tömegük, a felső kvarkok tömege körülbelül 0,004 GeV/c 2, az alsó kvarkok tömege pedig körülbelül 0,008 GeV/c 2 - ez több százszor kisebb, mint egy proton. Honnan származik a proton tömegenergiája, a kérdés összetett: egy része a kvarkok és antikvarkok tömegének energiájából, egy része a kvarkok, antikvarkok és gluonok mozgási energiájából, egy része (esetleg pozitív) , esetleg negatív) az erős magkölcsönhatás során raktározott energiából, összetartva a kvarkokat, antikvarkokat és gluonokat.

Bizonyos értelemben az ábra. A 2. ábra megpróbálja kiküszöbölni a különbséget a 2. ábra között. 1. és 1. ábra. 3. Leegyszerűsíti a rizst. 3, sok kvark-antikvark pár eltávolítása, amelyek elvileg efemernek nevezhetők, mivel folyamatosan keletkeznek és eltűnnek, és nem szükségesek. De azt a benyomást kelti, hogy a nukleonokban lévő gluonok közvetlen részei annak az erős nukleáris erőnek, amely a protonokat tartja. És nem magyarázza meg, honnan származik a proton tömege.

ábrán Az 1. ábrának a proton és a neutron szűk kerete mellett van egy másik hátránya is. Nem magyarázza meg más hadronok, például a pion és a rho mezon egyes tulajdonságait. ábrán ugyanezek a problémák vannak. 2.

Ezek a korlátozások oda vezettek, hogy tanítványaimnak és a weboldalamon adok egy képet az 1. ábrából. 3. De szeretném figyelmeztetni, hogy számos korlátja is van, amelyeket később figyelembe veszek.

Meg kell jegyezni, hogy a szerkezet rendkívül összetettsége, amit az ábra mutat. 3 várható egy olyan objektumtól, amelyet olyan erős erő tart össze, mint az erős nukleáris erő. És még valami: három kvarkot (két felfelé és egy lefelé egy protonnál), amelyek nem tartoznak a kvark-antikvark párok csoportjába, gyakran "valencia kvarknak" nevezik, a kvark-antikvark párokat pedig "tengernek" nevezik. kvark párok." Egy ilyen nyelv sok esetben technikailag kényelmes. De azt a hamis benyomást kelti, hogy ha belenézünk a protonba, és ránézünk egy adott kvarkra, azonnal megállapíthatjuk, hogy az a tenger része-e vagy vegyérték. Ezt nem lehet megtenni, egyszerűen nincs ilyen mód.

Protontömeg és neutrontömeg

Mivel a proton és a neutron tömege annyira hasonló, és mivel a proton és a neutron csak abban különbözik, hogy egy up-kvarkot lecseréljük, valószínűnek tűnik, hogy tömegüket azonos módon biztosítják, ugyanabból a forrásból származnak. , és különbségük az up és down kvarkok közötti csekély különbségben rejlik. De a fenti három ábra azt mutatja, hogy három nagyon eltérő nézet létezik a protontömeg eredetéről.

Rizs. Az 1 szerint a fel és le kvarkok egyszerűen a proton és a neutron tömegének 1/3-át teszik ki: körülbelül 0,313 GeV/c 2 , vagy a kvarkok protonban tartásához szükséges energia miatt. És mivel a proton és a neutron tömege közötti különbség a százalék töredéke, a felfelé és lefelé irányuló kvark tömege közötti különbségnek is egy százalék töredékének kell lennie.

Rizs. 2 kevésbé egyértelmű. A proton tömegének mekkora része létezik a gluonoknak köszönhetően? Ám elvileg az ábrából az következik, hogy a proton tömegének nagy része még mindig a kvarkok tömegéből származik, mint az ábra. egy.

Rizs. A 3 egy finomabb megközelítést tükröz a proton tömegének tényleges létrejöttére vonatkozóan (mivel közvetlenül protonszámítógépes számításokkal ellenőrizhetjük, és nem közvetlenül más matematikai módszerek). Ez nagyon eltér az ábrán bemutatott elképzelésektől. 1 és 2, és kiderül, hogy nem is olyan egyszerű.

Ahhoz, hogy megértsük ennek működését, nem a proton m tömegében kell gondolkodni, hanem a tömegenergiájában E = mc 2 , a tömeghez kapcsolódó energiában. Fogalmilag helyes kérdés nem az lesz, hogy „honnan jött az m protontömeg”, ami után ki tudod számítani E-t m-t c 2-vel megszorozva, hanem fordítva: „honnan származik az E protontömeg energiája”, ami után számítsuk ki az m tömeget úgy, hogy elosztjuk E-t c 2-vel.

Célszerű a protontömeg-energiához való hozzájárulást három csoportba sorolni:

A) A benne található kvarkok és antikvarkok tömegenergiája (nyugalmi energiája) (gluonok, tömeg nélküli részecskék nem járulnak hozzá).
B) Kvarkok, antikvarkok és gluonok mozgási energiája (kinetikai energiája).
C) A protont tartó erős magkölcsönhatásban (pontosabban a gluonmezőkben) tárolt kölcsönhatási energia (kötési energia vagy potenciális energia).

Rizs. A 3. ábra azt mondja, hogy a proton belsejében lévő részecskék nagy sebességgel mozognak, és tele van tömeg nélküli gluonokkal, így B) hozzájárulása nagyobb, mint A). Általában a legtöbb fizikai rendszerben a B) és a C) összehasonlítható, míg a C) gyakran negatív. Tehát a proton (és a neutron) tömegenergiája nagyrészt B) és C kombinációjából származik, és A) kis hányadával járul hozzá. Ezért a proton és a neutron tömege elsősorban nem a bennük lévő részecskék tömege miatt jelenik meg, hanem e részecskék mozgási energiái és kölcsönhatásuk energiája miatt, amelyek a visszatartó erőket generáló gluonmezőkkel kapcsolatosak. a protont. A legtöbb, általunk ismert rendszerben az energiák egyensúlya másként oszlik el. Például atomokban és benne Naprendszer A dominál), míg a B) és C) sokkal kisebbek és összehasonlítható méretűek.

Összegezve kiemeljük, hogy:

• Rizs. Az 1. ábra azt sugallja, hogy a proton tömegenergiája az A) hozzájárulásból származik.
• Rizs. A 2. ábra azt sugallja, hogy az A) és a C) egyaránt fontos, a B) pedig kis mértékben járul hozzá.
• Rizs. A 3. ábra azt sugallja, hogy B) és C) fontosak, míg A) hozzájárulása elhanyagolható.

Tudjuk, hogy a rizs helyes. 3. Ennek ellenőrzésére elvégezhetjük számítógépes szimulációk, és ami még fontosabb, a különféle meggyőző elméleti érveknek köszönhetően tudjuk, hogy ha a fel és le kvarkok tömege nulla lenne (és minden más változatlan maradna), a proton tömege aligha változna. Tehát úgy tűnik, a kvarkok tömegei nem tudnak jelentős mértékben hozzájárulni a proton tömegéhez.

Ha az ábra. A 3 nem hazudik, a kvark és az antikvark tömege nagyon kicsi. Milyenek valójában? A felső kvark (valamint az antikvark) tömege nem haladja meg a 0,005 GeV/c 2 értéket, ami jóval kevesebb, mint 0,313 GeV/c 2, ami az 1. ábrából következik. 1. (Az up kvark tömege nehezen mérhető, és ez az érték finom hatások miatt változik, így jóval kisebb lehet, mint 0,005 GeV/c2). Az alsó kvark tömege körülbelül 0,004 GeV/c 2 -vel nagyobb, mint a felső kvark tömege. Ez azt jelenti, hogy egyetlen kvark vagy antikvark tömege sem haladja meg a proton tömegének egy százalékát.

Figyeljük meg, hogy ez azt jelenti (ellentétben az 1. ábrával), hogy a down kvark és az up kvark tömegének aránya nem közelíti meg az egységet! A down kvark tömege legalább kétszerese az up kvark tömegének. A neutron és a proton tömegének ilyen hasonlóságának oka nem az, hogy a fel és le kvarkok tömegei hasonlóak, hanem az, hogy a fel és le kvarkok tömege nagyon kicsi - és kicsi a különbség közöttük. a proton és a neutron tömegéhez viszonyítva. Emlékezzünk vissza, hogy egy proton neutronná alakításához egyszerűen le kell cserélni az egyik up kvarkot egy down kvarkkal (3. ábra). Ez a változás elegendő ahhoz, hogy a neutron kissé nehezebb legyen a protonnál, és a töltése +e-ről 0-ra változzon.

Egyébként az a tény, hogy egy proton belsejében különböző részecskék ütköznek egymással, folyamatosan jelennek meg és tűnnek el, nem befolyásolja a tárgyalt dolgokat - az energia minden ütközésnél megmarad. A kvarkok és gluonok tömegenergiája és mozgási energiája, valamint kölcsönhatásuk energiája változhat, de a proton összenergiája nem változik, pedig benne minden folyamatosan változik. Tehát a proton tömege a belső örvénye ellenére állandó marad.

Ezen a ponton megállíthatja és befogadhatja a kapott információkat. Elképesztő! Gyakorlatilag a közönséges anyagok teljes tömege az atomokban lévő nukleonok tömegéből származik. És ennek a tömegnek a nagy része a protonban és a neutronban rejlő káoszból származik - a kvarkok, gluonok és antikvarkok nukleonokban való mozgási energiájából, valamint az erős nukleáris kölcsönhatások energiájából, amelyek a nukleont teljes állapotában tartják. Igen: bolygónk, testünk, leheletünk egy ilyen csendes és egészen a közelmúltig elképzelhetetlen lázadás eredménye.

Mint már említettük, az atom háromféle elemi részecskéből áll: protonokból, neutronokból és elektronokból. Az atommag az atom központi része, amely protonokból és neutronokból áll. A protonoknak és a neutronoknak van gyakori név nukleon, a magban egymásba fordulhatnak. A legegyszerűbb atom magja - a hidrogénatom - egy elemi részecske - a proton - áll.

Az atommag átmérője körülbelül 10-13 - 10-12 cm, és az atom átmérőjének 0,0001-e. Az atommagban azonban az atom szinte teljes tömege (99,95-99,98%) koncentrálódik. Ha lehetne 1 cm3 tiszta maganyagot nyerni, akkor annak tömege 100-200 millió tonna lenne. Az atommag tömege több ezerszer nagyobb, mint az atomot alkotó összes elektron tömege.

Proton- elemi részecske, a hidrogénatom magja. A proton tömege 1,6721 x 10-27 kg, az elektron tömegének 1836-szorosa. Az elektromos töltés pozitív és 1,66 x 10-19 C. A coulomb az elektromos töltés mértékegysége, amely megegyezik az áthaladó elektromosság mennyiségével keresztirányú metszet vezetéket 1 másodpercig 1A (amper) állandó áramerősség mellett.

Bármely elem minden atomja az atommagban található bizonyos szám protonok. Ez a szám állandó adott elemés meghatározza annak fizikai és Kémiai tulajdonságok. Vagyis a protonok száma attól függ, hogy milyen kémiai elemmel van dolgunk. Például, ha az atommagban egy proton hidrogén, ha 26 proton vas. Az atommagban lévő protonok száma határozza meg az atommag töltését (Z töltésszám) és az elem sorszámát a periódusos elemek rendszerében D.I. Mengyelejev (az elem rendszáma).

Neutron- elektromosan semleges részecske, amelynek tömege 1,6749 x 10-27 kg, az elektron tömegének 1839-szerese. A szabad állapotban lévő neuron instabil részecske, egymástól függetlenül protonná alakul elektron és antineutrínó kibocsátásával. A neutronok felezési ideje (az az idő, amely alatt az eredeti neutronszám fele lebomlik) körülbelül 12 perc. Azonban in kötött állapot belül istálló atommagokő stabil. Teljes szám nukleonok (protonok és neutronok) az atommagban az úgynevezett tömegszám (atomtömeg - A). Az atommagot alkotó neutronok száma megegyezik a tömeg- és töltésszámok különbségével: N = A - Z.

Elektron- elemi részecske, a legkisebb tömegű hordozó - 0,91095x10-27g és a legkisebb elektromos töltés - 1,6021x10-19 C. Ez egy negatív töltésű részecske. Az atomban lévő elektronok száma megegyezik az atommagban lévő protonok számával, azaz. az atom elektromosan semleges.

Pozitron- pozitív elektromos töltésű elemi részecske, elektronhoz képest antirészecske. Az elektron és a pozitron tömege egyenlő, az elektromos töltések abszolút értékűek, de ellentétes előjelűek.

A különböző típusú magokat nuklidoknak nevezzük. Nuklid - egyfajta atomok adott számú protonnal és neutronnal. A természetben ugyanannak az elemnek különböző atomtömegű (tömegszámú) atomjai vannak:
, Cl stb. Ezen atomok magjai tartalmaznak ugyanaz a szám protonok, de eltérő szám neutronok. Ugyanazon elem atomjainak változatai, amelyek azonos nukleáris töltéssel rendelkeznek, de eltérőek tömegszám, hívják izotópok . Az azonos számú protonnal rendelkező, de a neutronok számában eltérő izotópoknak azonos az elektronhéj szerkezete, azaz. nagyon hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, és ugyanazt a helyet foglalják el a kémiai elemek periódusos rendszerében.

Jelöljük őket a megfelelő kémiai elem szimbólumával, amelynek az A indexe a bal felső sarokban található - a tömegszám, néha a protonok száma (Z) is a bal alsó sarokban található. Például a foszfor radioaktív izotópjait 32P-nek, 33P-nek vagy P-nek, illetve P-nek jelölik. Ha izotópot jelölünk ki az elem szimbólumának feltüntetése nélkül, a tömegszámot az elem megjelölése után adjuk meg, például foszfor - 32, foszfor - 33.

A legtöbb kémiai elemnek több izotópja van. Az 1H-protium hidrogénizotóp mellett ismert a nehézhidrogén-2H-deutérium és a szupernehéz hidrogén-3H-trícium. Az uránnak 11 izotópja van, természetes vegyületek három van belőlük (urán 238, urán 235, urán 233). 92 protonjuk van, illetve 146,143, illetve 141 neutronjuk.

Jelenleg 108 kémiai elem több mint 1900 izotópja ismert. Ezek közül a természetes izotópok közé tartozik az összes stabil (kb. 280 db van belőle) és a radioaktív családokba tartozó természetes izotópok (46 db van belőle). A többi mesterséges, különféle nukleáris reakciók eredményeként mesterségesen nyerik.

Az „izotópok” kifejezést csak akkor szabad használni, ha beszélgetünk ugyanazon elem atomjairól, például szén 12C és 14C. Ha különböző kémiai elemek atomjaira gondolunk, akkor javasolt a „nuklidok” kifejezés használata, például a 90Sr, 131J, 137Cs radionuklidok.

Első fejezet. A STABIL MAGOK TULAJDONSÁGAI

Fentebb már volt szó arról, hogy az atommag protonokból és neutronokból áll, amelyeket nukleáris erők kötnek meg. Ha az atommag tömegét atomtömeg egységekben mérjük, akkor annak közel kell lennie a proton tömegének szorozva egy tömegszámnak nevezett egész számhoz. Ha az atommag töltése és a tömegszám, akkor ez azt jelenti, hogy az atommag összetétele protonokat és neutronokat tartalmaz. (Az atommagban lévő neutronok számát általában jelöljük

Az atommag ezen tulajdonságai tükröződnek a szimbolikus jelölésben, amelyet a későbbiekben használunk a formában

ahol X annak az elemnek a neve, amelynek atomjához az atommag tartozik (például magok: hélium - , oxigén - , vas - urán

A stabil atommagok fő jellemzői a következők: töltés, tömeg, sugár, mechanikai és mágneses momentumok, gerjesztett állapotok spektruma, paritás és kvadrupólmomentum. A radioaktív (instabil) atommagokat ezenkívül az élettartamuk, a radioaktív átalakulások típusa, a kibocsátott részecskék energiája és számos egyéb speciális tulajdonság jellemzi, amelyekről az alábbiakban lesz szó.

Először is vegyük figyelembe az atommagot alkotó elemi részecskék tulajdonságait: a proton és a neutron.

1. § A PROTON ÉS A NEUTRON FŐ JELLEMZŐI

Súly. Az elektron tömegének egységeiben: a proton tömege a neutron tömege.

Atomi tömegegységekben: protontömeg neutrontömeg

Energiaegységekben a proton nyugalmi tömege a neutron nyugalmi tömege

Elektromos töltés. q egy olyan paraméter, amely egy részecske kölcsönhatását jellemzi elektromos mező, az elektrontöltés mértékegységében van kifejezve ahol

Minden elemi részecske olyan mennyiségű villamos energiát hordoz, amely egyenlő vagy 0 vagy A proton töltése A neutron töltése egyenlő nullával.

Spin. A proton és a neutron spinje egyenlő.Mindkét részecske fermion, és engedelmeskedik a Fermi-Dirac statisztikának, tehát a Pauli-elvnek.

mágneses momentum. Ha behelyettesítjük a (10) képletbe, amely az elektron tömege helyett az elektron mágneses momentumát határozza meg, a proton tömegét, akkor azt kapjuk, hogy

A mennyiséget magmagnetonnak nevezzük. Az elektron analógiájával feltételezhető, hogy a proton spin mágneses momentuma egyenlő, de a tapasztalatok szerint a proton belső mágneses momentuma nagyobb, mint a magmagnetoné: a mai adatok szerint

Ezenkívül kiderült, hogy egy töltetlen részecske - egy neutron - mágneses momentuma is különbözik a nullától és egyenlő

A mágneses momentum jelenléte a neutronban és így tovább nagyon fontos a proton mágneses momentuma ellentmond a részecskék pontszerű természetére vonatkozó feltételezéseknek. Számos kísérleti adatot szereztek be utóbbi évek, azt jelzi, hogy a protonnak és a neutronnak is összetett inhomogén szerkezete van. Ugyanakkor a neutron közepén egy pozitív töltés található, a periférián pedig egy vele egyenlő nagyságú, a részecske térfogatában eloszló negatív töltés. De mivel a mágneses momentumot nemcsak az átfolyó áram nagysága határozza meg, hanem az általa lefedett terület is, az általuk létrehozott mágneses momentumok nem lesznek egyenlők. Ezért egy neutronnak lehet mágneses momentuma, miközben általában semleges marad.

Nukleonok kölcsönös átalakulása. A neutron tömege 0,14%-kal vagy 2,5 elektrontömeggel nagyobb, mint a proton tömege,

Szabad állapotban a neutron protonná, elektronná és antineutrínóvá bomlik: átlagos élettartama megközelíti a 17 percet.

A proton egy stabil részecske. Az atommag belsejében azonban neutronná alakulhat; míg a reakció a séma szerint megy végbe

A bal és a jobb oldalon álló részecskék tömegének különbségét az atommag más nukleonjai által a protonnak adott energia kompenzálja.

A protonnak és a neutronnak ugyanaz a spinje, közel azonos tömege van, és egymásba tudnak átalakulni. Később kiderül, hogy a részecskék között páronként ható nukleáris erők is azonosak. Ezért hívják őket közös felekezet- nukleon és azt mondják, hogy a nukleon két állapotú lehet: proton és neutron, amelyek az elektromágneses térhez való viszonyukban különböznek.

A neutronok és a protonok a nukleáris erők létezésének köszönhetően lépnek kölcsönhatásba, amelyek nem elektromos jellegűek. A nukleáris erők keletkezésüket a mezonok cseréjének köszönhetik. Ha ábrázoljuk egy proton és egy kisenergiájú neutron kölcsönhatásának potenciális energiájának függését a köztük lévő távolságtól, akkor megközelítőleg úgy fog kinézni, mint egy grafikon, amely az 1. ábrán látható. 5a, azaz potenciálkút alakja van.

Rizs. 5. ábra: A kölcsönhatás potenciális energiájának függése a nukleonok távolságától: a - neutron-neutron vagy neutron-proton párok esetén; b - protonpárra - proton

§egy. Ismerje meg az elektront, protont, neutront

Az atomok az anyag legkisebb részecskéi.
Ha méretre nagyítjuk földgolyó egy közepes méretű alma, akkor az atomok csak akkorák lesznek, mint egy alma. Az atom ilyen kis mérete ellenére még kisebb fizikai részecskékből áll.
Az atom szerkezetét már az iskolai fizika tantárgyból ismernie kell. És mégis emlékeztetünk arra, hogy az atom magot és elektronokat tartalmaz, amelyek olyan gyorsan forognak az atommag körül, hogy megkülönböztethetetlenné válnak - "elektronfelhőt" alkotnak, ill. elektronhéj atom.

Elektronokáltalában a következőképpen jelölik: e − . Elektronok e- nagyon könnyű, szinte súlytalan, de van negatív elektromos töltés. Ez egyenlő -1-gyel. Elektromosság, amelyet mindannyian használunk, egy vezetékben futó elektronfolyam.

atommag, amelyben szinte teljes tömege koncentrálódik, kétféle részecskéből áll - neutronokból és protonokból.

Neutronok a következőképpen jelöljük: n 0 , a protonokÍgy: p + .
Tömeg szerint a neutronok és a protonok közel azonosak - 1,675 10 -24 g és 1,673 10 -24 g.
Igaz, nagyon kényelmetlen az ilyen kis részecskék tömegét grammban számolni, ezért azt szénegységek, amelyek mindegyike 1,673 10 -24 g.
Minden részecske kap relatív atomtömeg, egyenlő egy atom tömegének (grammban) egy szénegység tömegével való osztásának hányadosával. relatív atomtömegek proton és neutron 1, de a protonok töltése pozitív és egyenlő +1, míg a neutronoknak nincs töltésük.

. Rejtvények az atomról

Egy atom összeállítható "elmében" részecskékből, mint egy játék vagy egy autó az alkatrészekből gyerek konstruktőr. Csak két fontos feltételt kell betartani.

• Első feltétel: minden atomtípusnak megvan a maga saját készlet"részletek" - elemi részecskék. Például egy hidrogénatomnak szükségszerűen lesz egy +1 pozitív töltésű magja, ami azt jelenti, hogy minden bizonnyal egy protonnal kell rendelkeznie (és nem több).
  A hidrogénatom neutronokat is tartalmazhat. Erről bővebben a következő bekezdésben.
  Az oxigénatom (a periódusos rendszer sorozatszáma 8) töltéssel rendelkezik nyolc pozitív töltések (+8), ami azt jelenti, hogy nyolc proton van. Mivel egy oxigénatom tömege 16 relatív egység, ahhoz, hogy oxigénatomot kapjunk, további 8 neutront adunk hozzá.
• Második feltétel hogy minden atom az elektromosan semleges. Ehhez elegendő elektronnal kell rendelkeznie ahhoz, hogy egyensúlyba hozza az atommag töltését. Más szavakkal, az elektronok száma egy atomban megegyezik a protonok számával a magjában, és ennek az elemnek a sorozatszáma a Periodikus rendszerben.