Ատոմային միջուկի կառուցվածքը (պրոտոն, նեյտրոն, էլեկտրոն): Գլուխ II Ատոմների կառուցվածքը և պարբերական օրենքը

ՆԵՅՏՐՈՆ(n) (լատ. չեզոքից՝ ոչ մեկը, ոչ մյուսը)՝ զրոյական էլեկտրականությամբ տարրական մասնիկ։ լիցք և զանգված՝ մի փոքր ավելի մեծ, քան պրոտոնի զանգվածը։ Պրոտոնի հետ միասին ընդհանուր անվան տակ. Նուկլեոնը ատոմային միջուկների մի մասն է։ Հ.-ն ունի սպին 1/2 և հետևաբար ենթարկվում է Fermi - Dirac վիճակագրություն(ֆերմիոն է): պատկանում է ընտանիքին ադրա-նով;ունի բարիոնի թիվ B= 1, այսինքն ընդգրկված է խմբում բարիոններ.

Այն հայտնաբերվել է 1932 թվականին Ջ. Չադվիքի կողմից, ով ցույց է տվել, որ բերիլիումի միջուկների ռմբակոծությունից բխող կոշտ թափանցող ճառագայթումը բաղկացած է պրոտոնի զանգվածին մոտավորապես հավասար էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկներից։ 1932 թվականին Դ.Դ.Իվանենկոն և Վ.Հայզենբերգը առաջ քաշեցին այն վարկածը, որ ատոմային միջուկները կազմված են պրոտոններից և Հ. Ի տարբերություն լիցքի. մասնիկներ, Հ.-ն հեշտությամբ թափանցում է միջուկներ ցանկացած էներգիայով և մեծ հավանականությամբ պատճառներով միջուկային ռեակցիաներգրավել (n,g), (n,a), (n, p), եթե ռեակցիայի էներգիայի հաշվեկշիռը դրական է: Էկզոթերմիկի հավանականությունը դանդաղեցմամբ մեծանում է Հ. հակադարձ համեմատական. նրա արագությունը. H.-ի գրավման ռեակցիաների հավանականության աճը, երբ դրանք դանդաղում են ջրածին պարունակող միջավայրերում, հայտնաբերվել է Է. Ֆերմիի (E. Fermi) և գործընկերների կողմից 1934 թվականին: Հայտնաբերվել է Հ.-ի կարողությունը՝ առաջացնել ծանր միջուկների տրոհում: Օ. Գանի (Օ. Հան) և Ֆ. Ստրասմանի (Ֆ. . Ստրասման) կողմից 1938 թ. միջուկային տրոհում), հիմք է ծառայել միջուկային զենքի ստեղծմանը և. Դանդաղ նեյտրոնների փոխազդեցության առանձնահատկությունը նյութի հետ, որոնք ունեն ատոմային հեռավորությունների կարգի դե Բրոյեի ալիքի երկարություն (ռեզոնանսային էֆեկտներ, դիֆրակցիա և այլն), հիմք է հանդիսանում ֆիզիկայում նեյտրոնային ճառագայթների լայն կիրառման համար։ ամուր մարմին. (Հ.-ի դասակարգումն ըստ էներգիայի՝ արագ, դանդաղ, ջերմային, սառը, գերսառը - տե՛ս Արվ. նեյտրոնային ֆիզիկա.)

Ազատ վիճակում Հ.-ն անկայուն է՝ ենթարկվում է B-քայքայման; n p + e - + v ե; նրա կյանքի տևողությունը t n = 898(14) s, էլեկտրոնային սպեկտրի սահմանային էներգիան 782 կՎ է (տես Նկ. նեյտրոնային բետա քայքայում). AT կապված պետությունկայուն միջուկների կազմում կայուն է Հ. Ըստ aster-ի. Ենթադրվում է, որ Տիեզերքի տեսանելի նյութի 15%-ը ներկայացված է 4 He միջուկների մաս կազմող Հ. Հիմնական է Հ. բաղադրիչ նեյտրոնային աստղեր. Բնության մեջ ձևավորվում են ազատ Հ միջուկային ռեակցիաներառաջացած ռադիոակտիվ քայքայման ա-մասնիկներով, տիեզերական ճառագայթներեւ ծանր միջուկների ինքնաբուխ կամ հարկադիր տրոհման արդյունքում։ Արվեստ. Հ–ի աղբյուրներն են միջուկային ռեակտորներ, միջուկային պայթյուններ, պրոտոնների արագացուցիչներ (տես էներգիայի համար) և ծանր տարրերից պատրաստված թիրախներով էլեկտրոններ։ Ցածր էներգիայի 14 ՄէՎ էներգիա ունեցող միագույն ճառագայթների աղբյուրները Հ. Տրիտիումի կամ լիթիումի թիրախ ունեցող դեյտրոնային արագացուցիչները, իսկ ապագայում CTS-ի ջերմամիջուկային կայանքները կարող են դառնալ այդպիսի Հ–ի ինտենսիվ աղբյուրներ։ (Սմ. .)

Հիմնական հատկանիշները Հ.

Քաշը հ. t p = 939,5731 (27) MeV/c 2 = = 1,008664967 (34) ժամը: միավորներ զանգվածներ 1,675. 10 -24 գ Հ–ի և պրոտոնի զանգվածների տարբերությունը չափվել է մաքս. ճշգրտությունը էներգետիկից. H. գրավման ռեակցիայի հավասարակշռությունը պրոտոնի կողմից՝ n + p d + g (g-քվանտային էներգիա = 2,22 ՄէՎ), մ n- մ p = 1,293323 (16) MeV/c 2:

Էլեկտրական լիցք Հ. Ք n = 0. Առավել ճշգրիտ ուղղակի չափումներ Ք n կատարվում է ցուրտ կամ գերսառը H. ճառագայթների շեղումով էլեկտրաստատիկ. դաշտ: Ք n<= 3·10 -21 նրաէլեկտրոնի լիցքն է): Կոսվ. էլեկտրական տվյալներ. մակրոսկոպիկ չեզոքություն. գազի քանակությունը տալիս է Քն<= 2 10 -22 ե.

Սփին Հ. Ջ= 1/2-ը որոշվել է անհամասեռ մագնիսական դաշտում Հ.-ի ճառագայթների պառակտման անմիջական փորձերից: դաշտը երկու բաղադրիչի [ընդհանուր դեպքում բաղադրիչների թիվը (2 Ջ + 1)].

Հետևողական հադրոնների կառուցվածքի նկարագրությունը՝ հիմնված ժամանակակից. ուժեղ փոխազդեցության տեսություն - քվանտային քրոմոդինամիկա- մինչդեռ համապատասխանում է տեսականին: դժվարություններ, սակայն, շատերի համար առաջադրանքները բավականին գոհացուցիչ են։ արդյունքները տալիս են նուկլեոնների փոխազդեցության նկարագրությունը, որոնք ներկայացված են որպես տարրական առարկաներ, մեզոնների փոխանակման միջոցով: Փորձարկում. տարածությունների ուսումնասիրություն. կառուցվածք Հ.-ն իրականացվում է դեյտրոնների վրա բարձր էներգիայի լեպտոնների (էլեկտրոններ, մյուոններ, նեյտրինոներ, ժամանակակից տեսության մեջ համարվող կետային մասնիկներ) ցրման միջոցով։ Պրոտոնի վրա ցրման ներդրումը չափվում է խոր. փորձ և կարելի է հանել՝ օգտագործելով def. հաշվարկել. ընթացակարգերը.

Էլեկտրոնների առաձգական և քվազիառաձգական (դեյտրոնի պառակտմամբ) ցրումը դեյտրոնի վրա հնարավորություն է տալիս գտնել էլեկտրական խտության բաշխումը։ լիցքավորում և մագնիս: պահը Հ. ձևի գործոնՀ.): Ըստ փորձի՝ մագնիսական խտության բաշխումը. մի քանի կարգի ճշգրտությամբ պահ Հ. տոկոսը համընկնում է էլեկտրական խտության բաշխման հետ։ պրոտոնային լիցք և ունի RMS շառավիղ ~0,8·10 -13 սմ (0,8 F): Մագն. ձեւի գործոն H. բավականին լավ նկարագրված է այսպես կոչված. dipole f-loy Գ Մ n = m n (1 + ք 2 /0,71) -2 , որտեղ ք 2-ը փոխանցված իմպուլսի քառակուսին է միավորներով (GeV/c) 2:

Ավելի բարդ է էլեկտրականության մեծության հարցը։ (լիցք) ձևի գործոն H. Գ Ե n. Դեյտրոնի կողմից ցրման վերաբերյալ փորձերից կարելի է եզրակացնել, որ Գ Ե n ( ք 2 ) <= 0.1 փոխանցված իմպուլսների քառակուսիների միջակայքում (0-1) (GeV/c) 2. ժամը ք 2 0 զրոյական էլեկտրականության պատճառով։ մեղադրանք Հ. Գ Ե n- > 0, սակայն փորձնականորեն հնարավոր է որոշել դԳ Է n ( ք 2 )/դք 2 | ք 2=0. Այս արժեքը առավելագույնն է: ճշգրիտ հայտնաբերված չափումներից ցրման երկարությունըԾանր ատոմների էլեկտրոնային թաղանթի վրա Հ. Հիմնական այս փոխազդեցության մի մասը որոշվում է մագնիսականով: պահը H. Max. ճշգրիտ փորձերը տալիս են ne-ցրման երկարությունը ա ne = -1.378 (18) . 10 -16 սմ, որը տարբերվում է հաշվարկվածից՝ որոշված ​​մագն. պահ Հ.: ա ne \u003d -1.468. 10 -16 սմ: Այս արժեքների տարբերությունը արմատին տալիս է միջին քառակուսի էլեկտրական: շառավիղը H.<r 2 Ե n >= = 0.088 (12) Ֆիլի դԳ Է n ( ք 2)/դք 2 | ք 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F 2. Այս թվերը չեն կարող վերջնական համարվել տվյալների տարրալուծման մեծ ցրվածության պատճառով: փորձեր, որոնք գերազանցում են տրված սխալները:

Միջուկների մեծ մասի հետ Հ–ի փոխազդեցության առանձնահատկությունը դրական է։ ցրման երկարությունը, որը հանգեցնում է գործակցի. բեկում< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. նեյտրոնային օպտիկա).

Հ. և թույլ (էլեկտրաթույլ) փոխազդեցություն. Էլեկտրաթույլ փոխազդեցության մասին տեղեկատվության կարևոր աղբյուր է ազատ H-ի b-քայքայումը: Քվարկների մակարդակում այս գործընթացը համապատասխանում է անցմանը: Պրոտոնի հետ էլեկտրոնի փոխազդեցության հակառակ պրոցեսը, որը կոչվում է. հակադարձ բ-քայքայում. Գործընթացների այս դասը ներառում է էլեկտրոնային գրավում, միջուկներում տեղի ունեցող, ռե– ն vե.

Ազատ Հ.-ի քայքայումը, հաշվի առնելով կինեմատիկ. պարամետրերը նկարագրվում են երկու հաստատուններով՝ վեկտոր Գ.Վ, որը պայմանավորված է վեկտորի հոսանքի պահպանումունիվերսալ թույլ փոխազդեցության հաստատուն և առանցքային վեկտոր Գ Ա, որի արժեքը որոշվում է նուկլեոնի ուժեղ փոխազդող բաղադրիչների՝ քվարկների և գլյուոնների դինամիկայով։ Սկզբնական H.-ի և վերջնական պրոտոնի և անցումային մատրիցային տարրի n p իզոտոպի ալիքային ֆունկցիաները: անփոփոխությունները բավականին ճշգրիտ են հաշվարկվում: Արդյունքում հաստատունների հաշվարկը Գ.Վև Գ Աազատ Հ–ի քայքայումից (ի տարբերություն միջուկների բ–քայքայման հաշվարկների) կապված չէ միջուկային կառուցվածքային գործոնների հաշվառման հետ։

Հ–ի կյանքի տևողությունը՝ առանց որոշ ուղղումներ հաշվի առնելու, կազմում է՝ t n = կ(Գ 2 V+ 3Գ 2 Ա) -1 , որտեղ կներառում է կինեմատիկական. գործոնները և Կուլոնյան ուղղումները՝ կախված b-քայքայման սահմանային էներգիայից և ճառագայթային ուղղումներ.

Բևեռացնողների քայքայման հավանականությունը. սպինով Հ Ս , էլեկտրոնի և հականեյտրինոյի էներգիաները և մոմենտը և Ռ ե, ընդհանուր առմամբ նկարագրվում է արտահայտությամբ.

Գլխ. հարաբերակցություններ ա, Ա, Բ, Դկարող է ներկայացվել որպես պարամետրի ֆունկցիա ա = (Գ Ա/Գ.Վ,) exp( եսզ). f փուլը զրոյական չէ կամ p, եթե Տ- անփոփոխությունը կոտրված է: Աղյուսակում. տրված են փորձեր. այս գործակիցների արժեքները: և ստացված արժեքները աև զ.

Տվյալների միջև նկատելի տարբերություն կա փորձեր t n-ի համար, հասնելով մի քանիսի: տոկոսը։

Էլեկտրաթույլ փոխազդեցության նկարագրությունը, որը ներառում է Հ.-ն ավելի բարձր էներգիաներում, շատ ավելի դժվար է՝ նուկլոնների կառուցվածքը հաշվի առնելու անհրաժեշտության պատճառով։ Օրինակ, m - գրավում, m - p n v m-ը նկարագրվում է հաստատունների թվով առնվազն երկու անգամ: Հ.-ն ունենում է նաև էլեկտրաթույլ փոխազդեցություն այլ հադրոնների հետ՝ առանց լեպտոնների մասնակցության։ Այս գործընթացները ներառում են հետևյալը.

1) L np 0 , S + np + , S - np - և այլն հիպերոնների քայքայումը: Այս քայքայման հավանականությունը մի քանի անգամ ավելի փոքր, քան ոչ տարօրինակ մասնիկների համար, որը նկարագրված է Cabibbo-ի անկյունը ներկայացնելով (տես Նկ. cabibbo անկյուն).

2) Թույլ փոխազդեցություն n - n կամ n - p, որն արտահայտվում է որպես միջուկային ուժեր, որոնք չեն պահպանում տարածությունները. հավասարություն.Դրանց կողմից առաջացած ազդեցությունների սովորական մեծությունը 10 -6 -10 -7 կարգի է :

Հ–ի փոխազդեցությունը միջին և ծանր միջուկների հետ ունի մի շարք առանձնահատկություններ, որոնք որոշ դեպքերում հանգեցնում են նշանակալի. ուժեղացնելով ազդեցությունները հավասարության չպահպանում միջուկներում. Այս ազդեցություններից մեկը կապված է. H.c-ի կլանման խաչմերուկի տարբերությունը տարածման ուղղությամբ և դրա դեմ, որը 139 La միջուկի դեպքում 7% է \u003d 1,33 էՎ-ում, համապատասխանում է. Ռ- ալիքային նեյտրոնային ռեզոնանս: Ուժեղացման պատճառը ցածր էներգիայի համակցությունն է։ բաղադրյալ միջուկի վիճակների լայնությունը և այս բարդ միջուկում հակառակ պարիտետով մակարդակների բարձր խտությունը, որն ապահովում է տարբեր պարիտետով բաղադրիչների 2-3 կարգով ավելի մեծ խառնում, քան միջուկների ցածրադիր վիճակներում: Արդյունքում՝ մի շարք էֆեկտներ՝ գ-քվանտների արտանետման անհամաչափությունը բռնված բևեռացնողների պտույտի նկատմամբ։ Հ. ռեակցիայում (n, g), լիցքի արտանետումների անհամաչափություն։ մասնիկները (n, p) ռեակցիայի միացությունների քայքայման ժամանակ կամ ռեակցիայի մեջ թեթև (կամ ծանր) տրոհման բեկորի արտանետման անհամաչափությունը (n, p) զ): Ասիմետրիաներն ունեն 10 -4 -10 -3 արժեք ջերմային էներգիայի H. In Ռ- ալիքային նեյտրոնային ռեզոնանսները իրականացվում են լրացուցիչ: ուժեղացում, որը կապված է այս բարդ վիճակի պարիտետային բաղադրիչի ձևավորման հավանականության ճնշման հետ (նեյտրոնների փոքր լայնության պատճառով Ռ-ռեզոնանս) անմաքրության բաղադրիչի նկատմամբ հակառակ պարիտետով, որը ս-ռեզոնանս-կատոֆիկ. Դա մի քանիսի համադրություն է Ուժեղացման գործոնը թույլ է տալիս չափազանց թույլ էֆեկտին դրսևորվել միջուկային փոխազդեցությանը բնորոշ արժեքով:

Baryon համարը խախտում է փոխազդեցությունները. Տեսական մոդելներ մեծ միավորումև սուպերմիություններկանխատեսել բարիոնների անկայունությունը՝ նրանց քայքայումը լեպտոնների և մեզոնների: Այս քայքայումները կարող են նկատելի լինել միայն ամենաթեթև բարիոնների համար՝ p և n, որոնք ատոմային միջուկների մաս են կազմում։ Բարիոնային թվի 1-ով փոփոխության հետ փոխազդեցության համար Դ Բ= 1, կարելի է ակնկալել փոխակերպում H. տեսակ՝ n e + p - , կամ տարօրինակ մեզոնների արտանետումով փոխակերպում։ Նման պրոցեսների որոնումն իրականացվել է մի քանի զանգված ունեցող ստորգետնյա դետեկտորների փորձարկումներով։ հազար տոննա: Այս փորձերի հիման վրա կարելի է եզրակացնել, որ բարիոնային թվի խախտմամբ Հ–ի քայքայման ժամանակը 10 32 տարուց ավելի է։

Դոկտ. Դ-ի հետ փոխգործակցության հնարավոր տեսակը AT= 2-ը կարող է հանգեցնել փոխակերպման երեւույթի Հ. եւ հականեյտրոններվակուումում, այսինքն՝ դեպի տատանում . Արտաքինի բացակայության դեպքում դաշտերը կամ իրենց փոքր արժեքով Հ–ի և հականեյտրոնի վիճակները դեգեներատիվ են, քանի որ դրանց զանգվածները նույնն են, հետևաբար նույնիսկ գերթույլ փոխազդեցությունը կարող է խառնել դրանք։ Արտաքինի փոքրության չափանիշը. դաշտերը մագնիսի փոխազդեցության էներգիայի փոքրությունն է: պահ Հ.-ի մագն. դաշտը (n և n ~ ունեն նշանով հակառակ մագնիսական մոմենտներ)՝ համեմատած ժամանակով որոշված ​​էներգիայի հետ Տդիտարկումներ Հ. (ըստ անորոշության հարաբերակցության), Դ<=hT- մեկ. Հ–ի ճառագայթում ռեակտորից կամ այլ աղբյուրից հականեյտրոնների արտադրությունը դիտարկելիս Տդեպի դետեկտոր թռիչքի ժամանակն է Հ. Ճառագայթում հականեյտրոնների թիվը քառակուսիորեն ավելանում է թռիչքի ժամանակի հետ. /Ն n ~ ~ (Տ/t osc) 2 , որտեղ t osc - տատանման ժամանակ.

Ուղիղ փորձերը դիտարկելու համար բարձր հոսքի ռեակտորից H. ճառագայթների արտադրությունը և սառը H. ճառագայթները տալիս են սահմանային tosc > 10 7 վ: Առաջիկա փորձերում մենք կարող ենք ակնկալել զգայունության բարձրացում t osc ~ 10 9 s մակարդակի վրա: Սահմանափակող հանգամանքները առավելագույնն են. ճառագայթների ինտենսիվությունը Հ. և հականեյտրոնների երևույթների իմիտացիա դետեկտոր կոսմիչում։ ճառագայթներ.

Դոկտ. Տատանումների դիտարկման մեթոդը հականեյտրոնների ոչնչացման դիտարկումն է, որոնք կարող են ձևավորվել կայուն միջուկներում։ Այս դեպքում կորիզում առաջացող հականեյտրոնի փոխազդեցության էներգիաների մեծ տարբերության պատճառով կապող էներգիայից H. eff. դիտարկման ժամանակը դառնում է ~ 10 -22 վրկ, սակայն դիտարկվող միջուկների մեծ թիվը (~10 32) մասամբ փոխհատուցում է զգայունության նվազումը H ճառագայթով փորձի համեմատ: Որոշ անորոշություն՝ կախված փոխազդեցության ճշգրիտ տեսակի անտեղյակությունից: միջուկի ներսում գտնվող հականեյտրոնը, որը t osc > (1-3) . 10 7 էջ. Էակներ. Այս փորձերում t osc-ի սահմանի մեծացումը խոչընդոտում է տարածության փոխազդեցության հետևանքով առաջացած ֆոնը: նեյտրինոներ միջուկներով ստորգետնյա դետեկտորներում:

Հարկ է նշել, որ նուկլեոնային քայքայման որոնումները Դ Բ= 1 և -տատանումների որոնումը անկախ փորձեր են, քանի որ դրանք առաջանում են սկզբունքորեն տարբեր: փոխազդեցությունների տեսակները.

Գրավիտացիոն փոխազդեցություն Հ. Նեյտրոնը քչերից է տարրական մասնիկներ, ընկնելով դեպի-գրավիտակ: Երկրի դաշտը կարելի է դիտարկել փորձարարական եղանակով։ Հ–ի ուղիղ չափումը կատարվում է 0,3% ճշտությամբ և չի տարբերվում մակրոսկոպիկից։ Մնում է համապատասխանության խնդիրը համարժեքության սկզբունքը(իներցիոն և գրավիտացիոն զանգվածների հավասարումներ) Հ–ի և պրոտոնների համար։

Առավել ճշգրիտ փորձեր են իրականացվել Էտ-վեշ մեթոդով տարբեր մարմինների համար, տես. հարաբերությունների արժեքները Ա/Զ, որտեղ ԲԱՅՑ- ժամը. սենյակ, Զ- միջուկների լիցքը (տարրական լիցքի միավորներով ե). Այս փորձերից հետևում է Հ.-ի և պրոտոնների ազատ անկման նույն արագացումը 2·10 -9 մակարդակում և ձգողականության հավասարությունը։ իսկ իներցիոն զանգվածը՝ ~10 -12 մակարդակում։

Ձգողականություն արագացումն ու դանդաղումը լայնորեն կիրառվում են գերսառը H-ի հետ փորձերում: Գրավիտացիոն կիրառումը Սառը և գերսառը Հ.-ի ռեֆրակտոմետրը թույլ է տալիս մեծ ճշգրտությամբ չափել նյութի վրա կոհերենտ ցրման երկարությունը։

Տիեզերագիտության և աստղաֆիզիկայի մեջ Հ

Ըստ ժամանակակից ներկայացումներ, թեժ տիեզերքի մոդելում (տես. տաք տիեզերքի տեսություն) բարիոնների, այդ թվում՝ պրոտոնների և Հ. առաջացումը տեղի է ունենում Տիեզերքի կյանքի առաջին րոպեներին։ Հետագայում Հ–ի որոշակի հատվածը, որը չի հասցրել քայքայվել, գրավվում է պրոտոնների կողմից 4 He-ի առաջացմամբ։ Ջրածնի և 4 He-ի հարաբերակցությունը այս դեպքում կազմում է 70% -ից մինչև 30% ըստ քաշի: Աստղերի ձևավորման և դրանց էվոլյուցիայի ընթացքում, հետագա նուկլեոսինթեզմինչև երկաթի միջուկները։ Ավելի ծանր միջուկների ձևավորումը տեղի է ունենում նեյտրոնային աստղերի ծնունդով գերնոր աստղերի պայթյունների արդյունքում՝ ստեղծելով հաջորդականության հնարավորություն։ Նուկլիդների կողմից գրավում Հ. Միեւնույն ժամանակ, համադրությունը, այսպես կոչված. ս-գործընթաց - դանդաղ գրավում Հ.-ի բ-քայքայումը հաջորդական գրավումների միջև և r- գործընթաց - արագ հետևել: գրավում հիմնական աստղերի պայթյունների ժամանակ: կարող է բացատրել դիտարկվածը տարրերի առատությունտարածության մեջ առարկաներ.

Տիեզերքի առաջնային բաղադրիչում Հ. ճառագայթները հավանաբար բացակայում են անկայունության պատճառով։ Երկրի մակերևույթի մոտ առաջացած՝ տարածություն ցրվելով Հ. տարածությունը և այնտեղ քայքայվելը, ըստ երևույթին, նպաստում են էլեկտրոնային և պրոտոնային բաղադրիչների ձևավորմանը ճառագայթային գոտիներԵրկիր.

Լիտ.:Գուրևիչ Ի. Ս., Տարասով Լ. Վ., Ցածր էներգիայի նեյտրոնների ֆիզիկա, Մ., 1965; Ալեքսանդրով Յու.Ա.,. Նեյտրոնի հիմնական հատկությունները, 2-րդ հրատ., Մ., 1982:

→

Դպրոցից շատերին քաջ հայտնի է, որ ամբողջ նյութը բաղկացած է ատոմներից: Ատոմներն իրենց հերթին բաղկացած են պրոտոններից և նեյտրոններից, որոնք կազմում են միջուկից որոշ հեռավորության վրա գտնվող ատոմների և էլեկտրոնների միջուկը։ Շատերն են լսել նաև, որ լույսը նույնպես բաղկացած է մասնիկներից՝ ֆոտոններից։ Այնուամենայնիվ, մասնիկների աշխարհն այսքանով չի սահմանափակվում։ Մինչ օրս հայտնի է ավելի քան 400 տարբեր տարրական մասնիկներ։ Փորձենք հասկանալ, թե տարրական մասնիկները ինչով են տարբերվում միմյանցից։

Կան բազմաթիվ պարամետրեր, որոնցով տարրական մասնիկները կարելի է տարբերել միմյանցից.

• Քաշը.
• Էլեկտրական լիցքավորում.
• Կյանքի ընթացքում: Գրեթե բոլոր տարրական մասնիկները ունեն վերջավոր կյանք, որից հետո քայքայվում են:
• Պտտել։ Այն կարելի է շատ մոտավոր համարել որպես պտտվող պահ։

Եվս մի քանի պարամետր, կամ ինչպես դրանք սովորաբար կոչվում են քվանտային թվերի գիտության մեջ։ Այս պարամետրերը միշտ չէ, որ ունեն հստակ ֆիզիկական նշանակություն, բայց դրանք անհրաժեշտ են մի մասնիկը մյուսից տարբերելու համար: Այս բոլոր լրացուցիչ պարամետրերը ներկայացվում են որպես որոշ մեծություններ, որոնք պահպանվում են փոխազդեցության մեջ:

Գրեթե բոլոր մասնիկները զանգված ունեն, բացառությամբ ֆոտոնների և նեյտրինոների (ըստ վերջին տվյալների՝ նեյտրինոները զանգված ունեն, բայց այնքան փոքր, որ հաճախ այն համարվում է զրո)։ Առանց զանգվածի մասնիկները կարող են գոյություն ունենալ միայն շարժման մեջ: Բոլոր մասնիկների զանգվածը տարբեր է։ Էլեկտրոնն ունի նվազագույն զանգված, բացի նեյտրինոյից։ Այն մասնիկները, որոնք կոչվում են մեզոններ, ունեն էլեկտրոնի զանգվածից 300-400 անգամ մեծ զանգված, պրոտոնը և նեյտրոնը գրեթե 2000 անգամ ավելի ծանր են, քան էլեկտրոնը: Արդեն հայտնաբերվել են մասնիկներ, որոնք գրեթե 100 անգամ ավելի ծանր են, քան պրոտոնը: Զանգված, (կամ դրա էներգիայի համարժեքը Էյնշտեյնի բանաձևի համաձայն.

պահպանվում է տարրական մասնիկների բոլոր փոխազդեցություններում։

Ոչ բոլոր մասնիկներն ունեն էլեկտրական լիցք, ինչը նշանակում է, որ ոչ բոլոր մասնիկներն են ի վիճակի մասնակցել էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությանը: Բոլոր ազատ գոյություն ունեցող մասնիկները էլեկտրական լիցքէլեկտրոնի լիցքի բազմապատիկ: Ազատ գոյություն ունեցող մասնիկներից բացի կան նաև մասնիկներ, որոնք միայն կապված վիճակում են, դրանց մասին կխոսենք մի փոքր ուշ։

Սպինը, ինչպես նաև տարբեր մասնիկների այլ քվանտային թվերը տարբեր են և բնութագրում են դրանց եզակիությունը։ Որոշ քվանտային թվեր պահպանվում են որոշ փոխազդեցություններում, որոշները՝ մյուսներում։ Այս բոլոր քվանտային թվերը որոշում են, թե որ մասնիկները, որոնց հետ և ինչպես են փոխազդում:

Կյանքի տևողությունը նույնպես մասնիկի շատ կարևոր հատկանիշ է, և մենք այն կքննարկենք ավելի մանրամասն: Սկսենք մի նշումով. Ինչպես ասացինք հոդվածի սկզբում, այն ամենը, ինչ մեզ շրջապատում է, բաղկացած է ատոմներից (էլեկտրոններ, պրոտոններ և նեյտրոններ) և լույսից (ֆոտոններ): Եվ որտեղ են, ուրեմն, հարյուրավոր տարբեր տեսակի տարրական մասնիկներ: Պատասխանը պարզ է՝ ամենուր մեր շուրջը, բայց մենք չենք նկատում երկու պատճառով.

Դրանցից առաջինն այն է, որ գրեթե բոլոր մյուս մասնիկները շատ քիչ են ապրում՝ մոտ 10-ից մինուս 10 վայրկյան կամ ավելի քիչ, և, հետևաբար, չեն ձևավորում այնպիսի կառուցվածքներ, ինչպիսիք են ատոմները, բյուրեղային ցանցերը և այլն: Երկրորդ պատճառը վերաբերում է նեյտրինոներին, թեև այդ մասնիկները չեն քայքայվում, դրանք ենթակա են միայն թույլ և գրավիտացիոն փոխազդեցության։ Սա նշանակում է, որ այս մասնիկներն այնքան քիչ են փոխազդում, որ դրանք հայտնաբերելը գրեթե անհնար է:

Եկեք պատկերացնենք, թե ինչն է արտահայտում, թե որքան լավ է փոխազդում մասնիկը: Օրինակ, էլեկտրոնների հոսքը կարող է կասեցնել բավականին բարակ պողպատե թերթիկը՝ մի քանի միլիմետրի կարգի: Դա տեղի կունենա, քանի որ էլեկտրոնները անմիջապես կսկսեն փոխազդել պողպատե թերթիկի մասնիկների հետ, նրանք կտրուկ կփոխեն իրենց ուղղությունը, կարձակեն ֆոտոններ և այդպիսով բավական արագ կկորցնեն էներգիան։ Նեյտրինոների հոսքի դեպքում ամեն ինչ այդպես չէ, նրանք կարող են անցնել Երկրի միջով գրեթե առանց փոխազդեցության։ Այդ իսկ պատճառով նրանց գտնելը շատ դժվար է։

Այսպիսով, մասնիկների մեծ մասն ապրում է շատ կարճ ժամանակ, որից հետո քայքայվում է։ Մասնիկների քայքայումը ամենատարածված ռեակցիաներն են: Քայքայման արդյունքում մի մասնիկ բաժանվում է ավելի փոքր զանգվածի մի քանի մասնիկի, և նրանք, իրենց հերթին, ավելի են քայքայվում: Բոլոր քայքայումները ենթարկվում են որոշակի կանոնների՝ պահպանման օրենքներին: Այսպիսով, օրինակ, քայքայման արդյունքում պետք է պահպանվեն էլեկտրական լիցքը, զանգվածը, սպինը և մի շարք քվանտային թվեր։ Որոշ քվանտային թվեր կարող են փոխվել քայքայման ընթացքում, բայց նաև ենթարկվել որոշակի կանոնների: Հենց քայքայման կանոններն են մեզ ասում, որ էլեկտրոնը և պրոտոնը կայուն մասնիկներ են: Նրանք այլևս չեն կարող քայքայվել՝ հնազանդվելով քայքայման կանոններին, և, հետևաբար, նրանց մոտ է, որ ավարտվում են քայքայման շղթաները:

Այստեղ ես կցանկանայի մի քանի խոսք ասել նեյտրոնի մասին։ Ազատ նեյտրոնը նույնպես քայքայվում է պրոտոնի և էլեկտրոնի մոտ 15 րոպեում։ Սակայն, երբ նեյտրոնը գտնվում է ատոմային միջուկում, դա տեղի չի ունենում։ Այս փաստը կարելի է բացատրել տարբեր կերպ. Օրինակ, երբ քայքայված նեյտրոնից էլեկտրոնն ու լրացուցիչ պրոտոնը հայտնվում են ատոմի միջուկում, անմիջապես տեղի է ունենում հակադարձ ռեակցիա՝ պրոտոններից մեկը կլանում է էլեկտրոնը և վերածվում նեյտրոնի: Այս պատկերը կոչվում է դինամիկ հավասարակշռություն: Այն նկատվել է տիեզերքում իր զարգացման վաղ փուլում՝ Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո:

Բացի քայքայման ռեակցիաներից, լինում են նաև ցրման ռեակցիաներ՝ երբ երկու կամ ավելի մասնիկներ փոխազդում են միաժամանակ, և արդյունքը մեկ կամ մի քանի այլ մասնիկներ է: Կան նաև կլանման ռեակցիաներ, երբ մեկը ստացվում է երկու կամ ավելի մասնիկներից։ Բոլոր ռեակցիաները տեղի են ունենում ուժեղ թույլ կամ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության արդյունքում: Ուժեղ փոխազդեցությամբ պայմանավորված ռեակցիաներն ամենաարագն են, նման ռեակցիայի ժամանակը կարող է հասնել 10-ից մինուս 20 վայրկյանի։ Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության արդյունքում ռեակցիաների արագությունն ավելի ցածր է, այստեղ ժամանակը կարող է լինել մոտ 10-ից մինուս 8 վայրկյան: Թույլ փոխազդեցության ռեակցիաների համար ժամանակը կարող է հասնել տասնյակ վայրկյանների և երբեմն նույնիսկ տարիների:

Մասնիկների մասին պատմվածքի վերջում խոսենք քվարկների մասին։ Քվարկները տարրական մասնիկներ են, որոնք ունեն էլեկտրական լիցք, որը էլեկտրոնի լիցքի մեկ երրորդի բազմապատիկն է, և որոնք չեն կարող գոյություն ունենալ ազատ վիճակում։ Նրանց փոխազդեցությունը դասավորված է այնպես, որ նրանք կարող են ապրել միայն որպես ինչ-որ բանի մաս: Օրինակ՝ որոշակի տիպի երեք քվարկների համակցությունից առաջանում է պրոտոն։ Մեկ այլ համակցություն տալիս է նեյտրոն: Ընդհանուր առմամբ հայտնի է 6 քվարկ։ Նրանց տարբեր համակցությունները մեզ տալիս են տարբեր մասնիկներ, և չնայած ֆիզիկական օրենքներով քվարկների ոչ բոլոր համակցություններն են թույլատրված, սակայն քվարկներից կազմված մասնիկները բավականին շատ են:

Այստեղ կարող է հարց առաջանալ, թե ինչպես կարելի է պրոտոնը տարրական անվանել, եթե այն բաղկացած է քվարկներից։ Շատ պարզ՝ պրոտոնը տարրական է, քանի որ այն չի կարող բաժանվել իր բաղադրիչ մասերի՝ քվարկների։ Բոլոր մասնիկները, որոնք մասնակցում են ուժեղ փոխազդեցությանը, կազմված են քվարկներից և միևնույն ժամանակ տարրական են։

Տարրական մասնիկների փոխազդեցության ըմբռնումը շատ կարևոր է տիեզերքի կառուցվածքը հասկանալու համար: Այն ամենը, ինչ տեղի է ունենում մակրոմարմինների հետ, մասնիկների փոխազդեցության արդյունք է։ Հենց մասնիկների փոխազդեցությունն է նկարագրում ծառերի աճը երկրի վրա, ռեակցիաները աստղերի խորքում, նեյտրոնային աստղերի ճառագայթումը և շատ ավելին։

Հավանականություններ և քվանտային մեխանիկա

>

Ի՞նչ է նեյտրոնը: Որո՞նք են դրա կառուցվածքը, հատկությունները և գործառույթները: Նեյտրոնները ատոմները կազմող մասնիկներից ամենամեծն են, որոնք են շինարարական բլոկներբոլորը կարևոր են.

Ատոմի կառուցվածքը

Նեյտրոնները գտնվում են միջուկում՝ ատոմի խիտ հատվածում, որը նույնպես լցված է պրոտոններով (դրական լիցքավորված մասնիկներ): Այս երկու տարրերը միասին պահվում են միջուկային կոչվող ուժի միջոցով: Նեյտրոններն ունեն չեզոք լիցք։ Պրոտոնի դրական լիցքը համադրվում է էլեկտրոնի բացասական լիցքի հետ՝ չեզոք ատոմ ստեղծելու համար։ Թեև միջուկում նեյտրոնները չեն ազդում ատոմի լիցքի վրա, նրանք ունեն բազմաթիվ հատկություններ, որոնք ազդում են ատոմի վրա, ներառյալ ռադիոակտիվության մակարդակը։

Նեյտրոններ, իզոտոպներ և ռադիոակտիվություն

Մի մասնիկ, որը գտնվում է ատոմի միջուկում՝ նեյտրոնը, 0,2%-ով մեծ է պրոտոնից: Նրանք միասին կազմում են նույն տարրի ընդհանուր զանգվածի 99,99%-ը և կարող են ունենալ տարբեր թվով նեյտրոններ։ Երբ գիտնականները վկայակոչում են ատոմային զանգվածը, նրանք նկատի ունեն միջին ատոմային զանգվածը: Օրինակ՝ ածխածինը սովորաբար ունի 6 նեյտրոն և 6 պրոտոն՝ 12 ատոմային զանգվածով, բայց երբեմն այն առաջանում է 13 ատոմային զանգվածով (6 պրոտոն և 7 նեյտրոն)։ 14 ատոմային համարով ածխածինը նույնպես գոյություն ունի, բայց հազվադեպ է։ Այսպիսով, ատոմային զանգվածածխածնի համար միջինը կազմում է 12,011:

Երբ ատոմներն ունեն տարբեր թվով նեյտրոններ, դրանք կոչվում են իզոտոպներ։ Գիտնականները ուղիներ են գտել այդ մասնիկները միջուկին ավելացնելու համար՝ մեծ իզոտոպներ ստեղծելու համար: Այժմ նեյտրոնների ավելացումը չի ազդում ատոմի լիցքի վրա, քանի որ դրանք լիցք չունեն: Սակայն դրանք մեծացնում են ատոմի ռադիոակտիվությունը։ Սա կարող է հանգեցնել շատ անկայուն ատոմների, որոնք կարող են լիցքաթափվել բարձր մակարդակներէներգիա.

Ի՞նչ է միջուկը:

Քիմիայում միջուկը ատոմի դրական լիցքավորված կենտրոնն է, որը կազմված է պրոտոններից և նեյտրոններից։ «Կորիզ» բառը գալիս է լատիներեն միջուկից, որը բառի ձևն է, որը նշանակում է «ընկույզ» կամ «միջուկ»: Տերմինը ստեղծվել է 1844 թվականին Մայքլ Ֆարադեյի կողմից՝ ատոմի կենտրոնը նկարագրելու համար։ Միջուկի ուսումնասիրությամբ, նրա կազմի և բնութագրերի ուսումնասիրությամբ զբաղվող գիտությունները կոչվում են միջուկային ֆիզիկաև միջուկային քիմ.

Պրոտոններն ու նեյտրոնները միմյանց պահում են հզոր միջուկային ուժով: Էլեկտրոնները ձգվում են դեպի միջուկը, բայց այնքան արագ են շարժվում, որ նրանց պտույտը կատարվում է ատոմի կենտրոնից որոշ հեռավորության վրա։ Դրական միջուկային լիցքը գալիս է պրոտոններից, բայց ի՞նչ է նեյտրոնը: Այն մասնիկ է, որը էլեկտրական լիցք չունի։ Ատոմի գրեթե ամբողջ զանգվածը պարունակվում է միջուկում, քանի որ պրոտոններն ու նեյտրոնները շատ ավելի զանգված ունեն, քան էլեկտրոնները։ Ատոմային միջուկի պրոտոնների թիվը որոշում է նրա ինքնությունը որպես տարր: Նեյտրոնների թիվը ցույց է տալիս, թե տարրի որ իզոտոպն է ատոմ։

Ատոմային միջուկի չափը

Միջուկը շատ ավելի փոքր է ընդհանուր տրամագիծըատոմ, քանի որ էլեկտրոնները կարող են տեղափոխվել կենտրոնից: Ջրածնի ատոմը 145000 անգամ մեծ է իր միջուկից, իսկ ուրանի ատոմը 23000 անգամ մեծ է իր կենտրոնից։ Ջրածնի միջուկը ամենափոքրն է, քանի որ այն բաղկացած է մեկ պրոտոնից։

Պրոտոնների և նեյտրոնների գտնվելու վայրը միջուկում

Պրոտոնները և նեյտրոնները սովորաբար պատկերվում են միասին փաթեթավորված և միատեսակ բաշխված գնդերի վրա: Այնուամենայնիվ, սա իրական կառուցվածքի պարզեցում է: Յուրաքանչյուր նուկլոն (պրոտոն կամ նեյտրոն) կարող է զբաղեցնել որոշակի էներգիայի մակարդակ և տեղակայման տիրույթ։ Թեև միջուկը կարող է գնդաձև լինել, այն կարող է լինել նաև տանձաձև, գնդաձև կամ սկավառակաձև:

Պրոտոնների և նեյտրոնների միջուկները բարիոններ են՝ կազմված ամենափոքրից՝ քվարկներից։ Գրավիչ ուժը շատ կարճ տիրույթ ունի, ուստի պրոտոնները և նեյտրոնները պետք է շատ մոտ լինեն միմյանց, որպեսզի կապվեն: Այս ուժեղ ձգողականությունը հաղթահարում է լիցքավորված պրոտոնների բնական վանումը։

Պրոտոն, նեյտրոն և էլեկտրոն

Միջուկային ֆիզիկայի նման գիտության զարգացման հզոր խթան հանդիսացավ նեյտրոնի հայտնաբերումը (1932 թ.): Շնորհակալություն դրա համար պետք է լինի անգլիացի ֆիզիկոս, ով եղել է Ռադերֆորդի աշակերտը: Ի՞նչ է նեյտրոնը: Սա անկայուն մասնիկ է, որն ազատ վիճակում ընդամենը 15 րոպեում կարող է քայքայվել պրոտոնի, էլեկտրոնի և նեյտրինոյի, այսպես կոչված, զանգված չունեցող չեզոք մասնիկի։

Մասնիկը ստացել է իր անվանումը այն պատճառով, որ այն չունի էլեկտրական լիցք, այն չեզոք է։ Նեյտրոնները չափազանց խիտ են։ Մեկուսացված վիճակում մեկ նեյտրոնի զանգվածը կկազմի ընդամենը 1,67·10 - 27, և եթե վերցնենք նեյտրոններով խիտ փաթեթավորված թեյի գդալ, ապա ստացված նյութի կտորը կկշռի միլիոնավոր տոննա:

Տարրի միջուկում պրոտոնների թիվը կոչվում է ատոմային թիվ։ Այս թիվը յուրաքանչյուր տարրի տալիս է իր ուրույն ինքնությունը: Որոշ տարրերի ատոմներում, օրինակ՝ ածխածինը, միջուկներում պրոտոնների թիվը միշտ նույնն է, բայց նեյտրոնների թիվը կարող է տարբեր լինել։ Ատոմ տրված տարրմիջուկում նեյտրոնների որոշակի քանակով կոչվում է իզոտոպ:

Արդյո՞ք միայնակ նեյտրոնները վտանգավոր են:

Ի՞նչ է նեյտրոնը: Սա մի մասնիկ է, որը պրոտոնի հետ միասին ներառված է: Այնուամենայնիվ, երբեմն դրանք կարող են գոյություն ունենալ ինքնուրույն: Երբ նեյտրոնները գտնվում են ատոմների միջուկներից դուրս, նրանք ձեռք են բերում պոտենցիալ վտանգավոր հատկություններ. Երբ նրանք շարժվում են հետ բարձր արագություն, նրանք արտադրում են մահացու ճառագայթում։ Այսպես կոչված նեյտրոնային ռումբերը, որոնք հայտնի են մարդկանց և կենդանիներին սպանելու ունակությամբ, մինչդեռ նվազագույն ազդեցություն են ունենում ոչ կենդանի ֆիզիկական կառուցվածքների վրա:

Նեյտրոնները ատոմի շատ կարևոր մասն են։ Այս մասնիկների բարձր խտությունը, զուգակցված դրանց արագության հետ, նրանց տալիս է արտասովոր կործանարար ուժ և էներգիա։ Որպես հետևանք, նրանք կարող են փոխել կամ նույնիսկ պոկել հարվածող ատոմների միջուկները: Թեև նեյտրոնն ունի զուտ չեզոք էլեկտրական լիցք, այն կազմված է լիցքավորված բաղադրիչներից, որոնք լիցքավորման առումով միմյանց ջնջում են։

Ատոմում նեյտրոնը փոքր մասնիկ է: Ինչպես պրոտոնները, նրանք չափազանց փոքր են նույնիսկ էլեկտրոնային մանրադիտակով տեսնելու համար, բայց նրանք կան, քանի որ դա ատոմների վարքագիծը բացատրելու միակ միջոցն է: Նեյտրոնները շատ կարևոր են ատոմի կայունության համար, սակայն նրա ատոմային կենտրոնից դուրս նրանք չեն կարող երկար ժամանակ գոյություն ունենալ և միջինը քայքայվում են ընդամենը 885 վայրկյանում (մոտ 15 րոպե):

Ամբողջական նյութական աշխարհ, ժամանակակից ֆիզիկայի համաձայն, կառուցված է երեք տարրական մասնիկներից՝ պրոտոնից, նեյտրոնից և էլեկտրոնից։ Բացի այդ, ըստ գիտության, տիեզերքում կան նյութի այլ «տարրական» մասնիկներ, որոնց որոշ անվանումներ ակնհայտորեն ավելին են, քան նորմը։ Միևնույն ժամանակ, պարզ չէ այս մյուս «տարրական մասնիկների» գործառույթը տիեզերքի գոյության և էվոլյուցիայի մեջ։

Դիտարկենք տարրական մասնիկների մեկ այլ մեկնաբանություն.

Կա նյութի միայն մեկ տարրական մասնիկ՝ պրոտոնը։ Բոլոր մյուս «տարրական մասնիկները», ներառյալ նեյտրոնը և էլեկտրոնը, միայն պրոտոնի ածանցյալներն են, և նրանք շատ համեստ դեր են խաղում տիեզերքի էվոլյուցիայի մեջ։ Եկեք դիտարկենք, թե ինչպես են ձևավորվում նման «տարրական մասնիկներ»։

Մենք մանրամասնորեն ուսումնասիրեցինք նյութի տարրական մասնիկի կառուցվածքը «»: Համառոտ տարրական մասնիկի մասին.

• Նյութի տարրական մասնիկը տարածության մեջ ունի ձգված թելի ձև:
• Տարրական մասնիկը ունակ է ձգվել։ Ձգման գործընթացում տարրական մասնիկի ներսում նյութի խտությունը նվազում է։
• Տարրական մասնիկի այն հատվածը, որտեղ նյութի խտությունը կիսով չափ ընկնում է, մենք անվանեցինք նյութի քվանտ .
• Շարժման գործընթացում տարրական մասնիկը անընդհատ կլանում է (ծալում, ) էներգիա։
• Էներգիայի կլանման կետ ( ոչնչացման կետ ) գտնվում է տարրական մասնիկի շարժման վեկտորի ծայրին։
• Ավելի ճիշտ՝ նյութի ակտիվ քվանտի ծայրին։
• Կլանելով էներգիան՝ տարրական մասնիկը անընդհատ մեծացնում է իր առաջ շարժման արագությունը։
• Նյութի տարրական մասնիկը դիպոլ է։ Որում ձգող ուժերը կենտրոնացած են մասնիկի առջևի մասում (շարժման ուղղությամբ), իսկ վանող ուժերը՝ հետևի մասում։

Տիեզերքում տարրական լինելու հատկությունը տեսականորեն նշանակում է նյութի խտությունը զրոյի հասցնելու հնարավորություն։ Իսկ դա իր հերթին նշանակում է դրա մեխանիկական ճեղքման հնարավորություն. նյութի տարրական մասնիկի պատռման վայրը կարելի է ներկայացնել որպես նյութի զրոյական խտությամբ նրա հատված։

Ոչնչացման (էներգիայի կլանման) գործընթացում տարրական մասնիկը` ծալվող էներգիան, շարունակաբար մեծացնում է տարածության մեջ իր թարգմանական շարժման արագությունը։

Գալակտիկայի էվոլյուցիան, ի վերջո, տանում է նյութի տարրական մասնիկներին դեպի այն պահը, երբ նրանք կարող են միմյանց վրա պոկող ազդեցություն գործադրել: Տարրական մասնիկները կարող են չհանդիպել զուգահեռ ընթացքի ժամանակ, երբ մի մասնիկը դանդաղ և սահուն մոտենում է մյուսին, ինչպես նավը դեպի նավամատույց: Նրանք կարող են հանդիպել տիեզերքում և հակառակ հետագծերի վրա: Այնուհետև կոշտ բախումը և արդյունքում տարրական մասնիկի կոտրումը գրեթե անխուսափելի է։ Նրանք կարող են ընկնել էներգիայի խառնաշփոթի շատ հզոր ալիքի տակ, որը նույնպես հանգեցնում է խզման։

Ի՞նչ կարող է լինել նյութի տարրական մասնիկի ճեղքման արդյունքում առաջացած «բեկորները»։

Դիտարկենք այն դեպքը, երբ արտաքին ազդեցության արդյունքում նյութի տարրական մասնիկներից՝ դեյտերիումի ատոմը, քայքայվել է պրոտոնի և նեյտրոնի։

Զույգի կառուցվածքի խզումը չի առաջանում դրանց միացման վայրում. Զույգ կառուցվածքի երկու տարրական մասնիկներից մեկը կոտրվում է։

Պրոտոնը և նեյտրոնը տարբերվում են միմյանցից իրենց կառուցվածքով։

• Պրոտոնը փոքր-ինչ կրճատված (ընդմիջումից հետո) տարրական մասնիկ է,
• նեյտրոն - կառուցվածք, որը բաղկացած է մեկ լիարժեք տարրական մասնիկից և «կոճղից»՝ առաջին մասնիկի առջևի, թեթև ծայրից։

Լրիվ տարրական մասնիկը իր կազմով ունի ամբողջական հավաքածու՝ «N» նյութի քվանտա։ Պրոտոնն ունի «N-n» նյութի քվանտա։ Նեյտրոնն ունի «N + n» քվանտա։

Պրոտոնի վարքագիծը պարզ է. Նույնիսկ կորցնելով նյութի վերջնական քվանտան, նա ակտիվորեն շարունակում է էներգիան. իր նոր վերջնական քվանտի նյութի խտությունը միշտ համապատասխանում է ոչնչացման պայմաններին: Նյութի այս նոր վերջնական քվանտը դառնում է ոչնչացման նոր կետ: Ընդհանուր առմամբ, պրոտոնն իրեն պահում է այնպես, ինչպես սպասվում էր։ Պրոտոնների հատկությունները լավ նկարագրված են ֆիզիկայի ցանկացած դասագրքում։ Միայն այն կդառնա մի փոքր ավելի թեթև, քան իր «լիարժեք» օրինակը՝ նյութի լիարժեք տարրական մասնիկը։

Նեյտրոնն այլ կերպ է վարվում։ Դիտարկենք նախ նեյտրոնի կառուցվածքը: Հենց նրա կառուցվածքն է բացատրում նրա «տարօրինակությունը»։

Ըստ էության, նեյտրոնը բաղկացած է երկու մասից. Առաջին մասը նյութի լիարժեք տարրական մասնիկ է՝ իր ճակատային մասում ոչնչացման կետով: Երկրորդ մասը առաջին տարրական մասնիկի խիստ կրճատված, թեթև «կոճղ» է, որը մնացել է կրկնակի կառուցվածքի խզումից հետո և ունի նաև ոչնչացման կետ։ Այս երկու մասերը փոխկապակցված են ոչնչացման կետերով։ Այսպիսով, նեյտրոնն ունի կրկնակի ոչնչացման կետ։

Մտածողության տրամաբանությունը հուշում է, որ նեյրոնի այս երկու կշռված մասերը այլ կերպ կվարվեն։ Եթե ​​առաջին մասը, որը լրիվ քաշով տարրական մասնիկ է, ինչպես և սպասվում էր, կվերացնի ազատ էներգիան և աստիճանաբար արագանա տիեզերքի տարածության մեջ, ապա երկրորդ, թեթև մասը կսկսի վերացնել ազատ էներգիան ավելի բարձր արագությամբ:

Տիեզերքում նյութի տարրական մասնիկի շարժումն իրականացվում է այն պատճառով, որ ցրող էներգիան քաշում է իր հոսքերի մեջ ընկած մասնիկը։ Հասկանալի է, որ որքան քիչ զանգված է նյութի մասնիկը, այնքան ավելի հեշտ է էներգիայի հոսքերի համար այս մասնիկը իր հետ քաշել, այնքան մեծ է այս մասնիկի արագությունը: Պարզ է, որ ինչ մեծ քանակությամբէներգիան միաժամանակ ծալվում է ակտիվ քվանտով, որքան ավելի հզոր են ցրող էներգիայի հոսքերը, այնքան ավելի հեշտ է այդ հոսքերի համար մասնիկն իրենց հետ քաշել: Մենք ստանում ենք կախվածությունը. Տիեզերքում նյութի մասնիկի փոխադրական շարժման արագությունը համամասնական է նրա ակտիվ քվանտի նյութի զանգվածին և հակադարձ համեմատական ​​է նյութի մասնիկի ընդհանուր զանգվածին։ :

Նեյտրոնի երկրորդ, թեթև մասի զանգվածը շատ անգամ փոքր է նյութի լրիվ քաշով տարրական մասնիկի զանգվածից։ Բայց նրանց ակտիվ քվանտների զանգվածները հավասար են։ Այսինքն՝ նրանք նույն արագությամբ ոչնչացնում են էներգիան։ Մենք ստանում ենք. նեյտրոնի երկրորդ մասի փոխադրական շարժման արագությունը հակված կլինի արագ աճել, և այն կսկսի ավելի արագ ոչնչացնել էներգիան: (Շփոթություն չառաջացնելու համար նեյտրոնի երկրորդ, թեթև մասը, էլեկտրոն կանվանենք):

նեյտրոնի նկարում

Էլեկտրոնի կողմից միաժամանակ ոչնչացվող էներգիայի կտրուկ աճը, մինչդեռ այն գտնվում է նեյտրոնի բաղադրության մեջ, հանգեցնում է նեյտրոնի իներտության։ Էլեկտրոնը սկսում է ոչնչացնել ավելի շատ էներգիա, քան իր «հարեւանը»՝ լիարժեք տարրական մասնիկը։ Այն դեռ չի կարող պոկվել նեյտրոնների ոչնչացման ընդհանուր կետից. ներգրավման հզոր ուժերը խանգարում են: Արդյունքում էլեկտրոնը սկսում է «ուտել» ընդհանուր ոչնչացման կետի հետևում։

Միևնույն ժամանակ, էլեկտրոնը սկսում է տեղաշարժվել իր գործընկերոջ և նրա խտացման համեմատ ազատ էներգիաընկնում է իր հարեւանի ոչնչացման կետի սահմաններում: Որն անմիջապես սկսում է «ուտել» այս խտացումը։ Էլեկտրոնի և լիարժեք մասնիկի նման անցումը դեպի «ներքին» ռեսուրսներ՝ ազատ էներգիայի խտացում ոչնչացման կետի հետևում, հանգեցնում է նեյտրոնի ձգողականության և վանման ուժերի արագ անկմանը։

Էլեկտրոնի անջատումը նեյտրոնի ընդհանուր կառուցվածքից տեղի է ունենում այն ​​պահին, երբ էլեկտրոնի տեղաշարժը լրիվ քաշով տարրական մասնիկի նկատմամբ դառնում է բավական մեծ, ուժը, որը հակված է կոտրելու երկու ոչնչացման կետերի ձգողականության կապերը, սկսում է գերազանցել։ այս ոչնչացման կետերի ձգողական ուժը, և նեյտրոնի երկրորդ, թեթև մասը (էլեկտրոնը) արագորեն հեռանում է:

Արդյունքում նեյտրոնը քայքայվում է երկու միավորի՝ լրիվ տարրական մասնիկի՝ պրոտոնի և լույսի, նյութի տարրական մասնիկի՝ էլեկտրոնի կրճատված մասի։

Ժամանակակից տվյալների համաձայն, մեկ նեյտրոնի կառուցվածքը գոյություն ունի մոտ տասնհինգ րոպե: Այնուհետև այն ինքնաբերաբար քայքայվում է պրոտոնի և էլեկտրոնի: Այս տասնհինգ րոպեն էլեկտրոնի տեղաշարժի ժամանակն է նեյտրոնի ոչնչացման ընդհանուր կետի և նրա «ազատության» համար պայքարի նկատմամբ։

Եկեք ամփոփենք որոշ արդյունքներ.

• ՊՐՈՏՈՆը նյութի լրիվ տարրական մասնիկ է՝ ոչնչացման մեկ կետով կամ նյութի տարրական մասնիկի ծանր մաս, որը մնում է նրանից լուսային քվանտների առանձնացումից հետո։
• ՆԵՅՏՐՈՆը կրկնակի կառույց է, որն ունի ոչնչացման երկու կետ և բաղկացած է նյութի տարրական մասնիկից և նյութի մեկ այլ տարրական մասնիկի լույսի առջևի մասից։
• ԷԼԵԿՏՐՈՆ - նյութի տարրական մասնիկի առջևի մասը, որն ունի մեկ ոչնչացման կետ՝ կազմված նյութի տարրական մասնիկի ճեղքման արդյունքում առաջացած լույսի քվանտներից։
• Գիտության կողմից ճանաչված «պրոտոն-նեյտրոնային» կառուցվածքը ԴԵՅՏԵՐԻՈՒՄԻ ԱՏՈՄ-ն է՝ երկու տարրական մասնիկների կառուցվածք, որն ունի կրկնակի ոչնչացման կետ:

Էլեկտրոնը անկախ տարրական մասնիկ չէ, որը պտտվում է ատոմի միջուկի շուրջ։

Էլեկտրոնը, ինչպես գիտությունն է համարում, ատոմի կազմի մեջ չէ։

Իսկ ատոմի միջուկը, որպես այդպիսին, գոյություն չունի բնության մեջ, ինչպես որ չկա նեյտրոն նյութի անկախ տարրական մասնիկի տեսքով։

Ե՛վ էլեկտրոնը, և՛ նեյտրոնը երկու տարրական մասնիկների զույգ կառուցվածքի ածանցյալներ են, այն բանից հետո, երբ արտաքին ազդեցության արդյունքում այն ​​բաժանվում է երկու անհավասար մասերի։ Ցանկացած քիմիական տարրի ատոմի բաղադրության մեջ պրոտոնը և նեյտրոնը ստանդարտ զույգ կառուցվածք են՝ նյութի երկու լրիվ քաշով տարրական մասնիկներ՝ երկու պրոտոն՝ միավորված ոչնչացման կետերով։.

Ժամանակակից ֆիզիկայում կա անսասան դիրքորոշում, որ պրոտոնն ու էլեկտրոնն ունեն հավասար, բայց հակառակ էլեկտրական լիցքեր։ Իբր, այս հակադիր լիցքերի փոխազդեցության արդյունքում նրանք ձգվում են միմյանց։ Բավականին տրամաբանական բացատրություն. Այն ճիշտ է արտացոլում երեւույթի մեխանիզմը, բայց լրիվ սխալ է՝ դրա էությունը։

Տարրական մասնիկները չունեն ոչ դրական, ոչ էլ բացասական «էլեկտրական» լիցքեր, ինչպես որ չկա նյութի հատուկ ձև «էլեկտրական դաշտի» տեսքով։ Նման «էլեկտրականությունը» մարդու գյուտն է, որն առաջացել է իրերի գոյություն ունեցող վիճակը բացատրելու անկարողությունից։

«Էլեկտրականը» և միմյանց նկատմամբ էլեկտրոնները իրականում ստեղծվում են էներգիայի հոսքերի միջոցով, որոնք ուղղված են դեպի իրենց ոչնչացման կետերը, տիեզերքի տարածության մեջ նրանց առաջ շարժման արդյունքում: Երբ նրանք ընկնում են միմյանց ձգող ուժերի գործողության գոտի. Այն իսկապես նման է հավասար մեծությամբ, բայց հակառակ էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությանը:

«նմանատիպ էլեկտրական լիցքեր», օրինակ՝ երկու պրոտոն կամ երկու էլեկտրոն նույնպես տարբեր բացատրություն ունի։ Վանում է տեղի ունենում, երբ մասնիկներից մեկը մտնում է մեկ այլ մասնիկի վանող ուժերի գործողության գոտի, այսինքն՝ դրա ոչնչացման կետի հետևում գտնվող էներգիայի խտացման գոտի: Այս մասին մենք անդրադարձել ենք նախորդ հոդվածում:

«Պրոտոն - հակապրոտոն», «էլեկտրոն - Պոզիտրոն» փոխազդեցությունը նույնպես այլ բացատրություն ունի։ Նման փոխազդեցությամբ մենք հասկանում ենք պրոտոնների կամ էլեկտրոնների ոգու փոխազդեցությունը, երբ նրանք շարժվում են բախման ընթացքով: Այս դեպքում միայն ձգողականությամբ նրանց փոխազդեցության պատճառով (վանողություն չկա, քանի որ նրանցից յուրաքանչյուրի վանող գոտին ետևում է), տեղի է ունենում նրանց կոշտ շփումը։ Արդյունքում, երկու պրոտոնների (էլեկտրոնների) փոխարեն մենք ստանում ենք բոլորովին այլ «տարրական մասնիկներ», որոնք իրականում այս երկու պրոտոնների (էլեկտրոնների) կոշտ փոխազդեցության ածանցյալներն են։

Նյութերի ատոմային կառուցվածքը. Ատոմային մոդել

Դիտարկենք ատոմի կառուցվածքը:

Նեյտրոնը և էլեկտրոնը՝ որպես նյութի տարրական մասնիկներ, գոյություն չունեն։ Սա այն է, ինչ մենք քննարկել ենք վերևում: Ըստ այդմ՝ չկա ատոմի միջուկ և դրա էլեկտրոնային թաղանթ. Այս սխալը հզոր խոչընդոտ է նյութի կառուցվածքի հետագա հետազոտությունների համար:

Նյութի միակ տարրական մասնիկը միայն պրոտոնն է։ Ցանկացած քիմիական տարրի ատոմը բաղկացած է նյութի երկու տարրական մասնիկների զույգ կառուցվածքներից (բացառությամբ իզոտոպների, որտեղ ավելի շատ տարրական մասնիկներ են ավելացվում զույգ կառուցվածքին)։

Մեր հետագա հիմնավորման համար անհրաժեշտ է դիտարկել ընդհանուր ոչնչացման կետի հայեցակարգը։

Նյութի տարրական մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ ոչնչացման կետերով: Այս փոխազդեցությունը հանգեցնում է նյութական կառուցվածքների ձևավորմանը՝ ատոմներ, մոլեկուլներ, ֆիզիկական մարմիններ… որոնք ունեն ատոմի ոչնչացման ընդհանուր կետ, ընդհանուր մոլեկուլների ոչնչացման կետ…

ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ԱՆԻՀԻԼԱՑՄԱՆ ԿԵՏ - նյութի տարրական մասնիկների երկու եզակի ոչնչացման կետերի միավորումն է զույգ կառուցվածքի ընդհանուր ոչնչացման կետի կամ զույգ կառուցվածքների ընդհանուր ոչնչացման կետերի՝ քիմիական տարրի ատոմի ընդհանուր ոչնչացման կետի կամ ընդհանուր ոչնչացման։ ատոմների կետերը քիմիական տարրեր- ընդհանուր մոլեկուլային ոչնչացման կետին:

Այստեղ գլխավորն այն է, որ նյութի մասնիկների միավորումը գործում է որպես ձգողություն և վանում որպես մեկ ամբողջական օբյեկտ։ Ի վերջո, նույնիսկ ցանկացած ֆիզիկական մարմին կարող է ներկայացվել որպես այս ֆիզիկական մարմնի ոչնչացման ընդհանուր կետ. այս մարմինը դեպի իրեն է ձգում այլ ֆիզիկական մարմիններ՝ որպես մեկ, ամբողջական ֆիզիկական օբյեկտ, որպես ոչնչացման մեկ կետ: Այս դեպքում մենք ստանում ենք գրավիտացիոն երևույթներ՝ ձգողականություն ֆիզիկական մարմինների միջև։

Գալակտիկայի զարգացման ցիկլի փուլում, երբ ձգողական ուժերը բավական մեծանում են, սկսվում է դեյտերիումի ատոմների միավորումը այլ ատոմների կառուցվածքների մեջ։ Քիմիական տարրերի ատոմները ձևավորվում են հաջորդաբար, քանի որ մեծանում է նյութի տարրական մասնիկների թարգմանական շարժման արագությունը (կարդացեք՝ տիեզերքի տարածության մեջ գալակտիկայի թարգմանական շարժման արագությունը մեծանում է) տարրական մասնիկների նոր զույգ կառուցվածքներ կցելով։ նյութը դեյտերիումի ատոմին։

Միավորումը տեղի է ունենում հաջորդաբար. յուրաքանչյուր նոր ատոմում հայտնվում է նյութի տարրական մասնիկների մեկ նոր զույգ կառուցվածք (ավելի հազվադեպ՝ մեկ տարրական մասնիկ)։ Ի՞նչն է մեզ տալիս դեյտերիումի ատոմների համակցությունը այլ ատոմների կառուցվածքի մեջ.

1. Առաջանում է ատոմի ոչնչացման ընդհանուր կետ. Սա նշանակում է, որ մեր ատոմը ներգրավման և վանման միջոցով փոխազդելու է բոլոր մյուս ատոմների և տարրական մասնիկների հետ՝ որպես մեկ ամբողջական կառուցվածք:
2. Հայտնվում է ատոմի տարածությունը, որի ներսում ազատ էներգիայի խտությունը շատ անգամ կգերազանցի ազատ էներգիայի խտությունը նրա տարածությունից դուրս։ Շատ բարձր էներգիայի խտությունը ատոմի տարածության ներսում մեկ ոչնչացման կետի հետևում պարզապես ժամանակ չի ունենա ուժեղ ընկնելու. տարրական մասնիկների միջև հեռավորությունները չափազանց փոքր են: Ազատ էներգիայի միջին խտությունը ներատոմային տարածության մեջ շատ անգամ ավելի մեծ է տիեզերքի տարածության ազատ էներգիայի խտության հաստատունի արժեքից։

Քիմիական տարրերի, մոլեկուլների ատոմների կառուցման մեջ քիմիական նյութեր, ֆիզիկական մարմիններ, դրսևորվում է նյութական մասնիկների և մարմինների փոխազդեցության կարևորագույն օրենքը.

Ներմիջուկային, քիմիական, էլեկտրական, գրավիտացիոն կապերի ուժը կախված է ատոմի ներսում ոչնչացման կետերի, մոլեկուլների ներսում ատոմների ընդհանուր ոչնչացման կետերի միջև, ֆիզիկական մարմինների ներսում մոլեկուլների ընդհանուր ոչնչացման կետերի միջև, ֆիզիկական մարմինների միջև: Որքան փոքր է ընդհանուր ոչնչացման կետերի միջև հեռավորությունը, այնքան ավելի հզոր գրավիչ ուժեր են գործում դրանց միջև:

Հասկանալի է, որ.

• Ներմիջուկային կապեր ասելով հասկանում ենք տարրական մասնիկների և ատոմների ներսում գտնվող զույգ կառուցվածքների փոխազդեցությունները:
• Քիմիական կապ ասելով հասկանում ենք ատոմների փոխազդեցությունը մոլեկուլների կառուցվածքում։
• Էլեկտրական միացումներով մենք հասկանում ենք մոլեկուլների փոխազդեցությունը ֆիզիկական մարմինների, հեղուկների, գազերի բաղադրության մեջ:
• Գրավիտացիոն կապեր ասելով հասկանում ենք ֆիզիկական մարմինների փոխազդեցությունները։

Երկրորդ քիմիական տարրի՝ հելիումի ատոմի ձևավորումը տեղի է ունենում, երբ գալակտիկան տարածության մեջ արագանում է բավական մեծ արագությամբ: Երբ երկու դեյտերիումի ատոմների գրավիչ ուժը հասնում է մեծ արժեքի, նրանք մոտենում են մի հեռավորության վրա, որը թույլ է տալիս միավորվել հելիումի ատոմի քառակի կառուցվածքը.

Գալակտիկայի առաջադեմ շարժման արագության հետագա աճը հանգեցնում է հաջորդ (ըստ պարբերական համակարգի) քիմիական տարրերի ատոմների առաջացմանը։ Միևնույն ժամանակ, յուրաքանչյուր քիմիական տարրի ատոմների ծագումը համապատասխանում է տիեզերքի տարածության մեջ գալակտիկայի առաջադեմ շարժման իր սեփական, խստորեն սահմանված արագությանը: Եկեք զանգենք նրան քիմիական տարրի ատոմի ձևավորման ստանդարտ արագությունը .

Հելիումի ատոմը ջրածնից հետո երկրորդ ատոմն է, որը գոյացել է գալակտիկայում։ Հետո, երբ գալակտիկայի առաջ շարժման արագությունը մեծանում է, դեյտերիումի հաջորդ ատոմը ճեղքում է դեպի հելիումի ատոմ։ Սա նշանակում է, որ գալակտիկայի առաջ շարժման արագությունը հասել է լիթիումի ատոմի ձևավորման ստանդարտ արագությանը։ Այնուհետև այն կհասնի բերիլիումի, ածխածնի... և այլնի ատոմի առաջացման ստանդարտ արագությանը, ըստ պարբերական աղյուսակի։

ատոմային մոդել

Վերոնշյալ դիագրամում մենք կարող ենք տեսնել, որ.

1. Ատոմում յուրաքանչյուր պարբերաշրջան զույգ կառուցվածքների օղակ է:
2. Ատոմի կենտրոնը միշտ զբաղեցնում է հելիումի ատոմի քառակի կառուցվածքը։
3. Նույն ժամանակաշրջանի բոլոր զուգակցված կառույցները գտնվում են խիստ նույն հարթության վրա:
4. Ժամանակահատվածների միջև հեռավորությունները շատ ավելի մեծ են, քան մեկ ժամանակահատվածում զույգ կառուցվածքների միջև եղած հեռավորությունները:

Իհարկե, սա շատ պարզեցված սխեմա է, և այն չի արտացոլում ատոմների կառուցման բոլոր իրողությունները։ Օրինակ՝ յուրաքանչյուր նոր զույգ կառուցվածք, միանալով ատոմին, տեղաշարժում է այն ժամանակաշրջանի մնացած զույգ կառուցվածքները, որոնց կցված է:

Մենք ստանում ենք ատոմի երկրաչափական կենտրոնի շուրջ օղակի ձևով շրջան կառուցելու սկզբունքը.

• ժամանակաշրջանի կառուցվածքը կառուցված է մեկ հարթության մեջ։ Դրան նպաստում է գալակտիկայի բոլոր տարրական մասնիկների թարգմանական շարժման ընդհանուր վեկտորը։
• Նույն ժամանակաշրջանի զույգ կառուցվածքները կառուցված են ատոմի երկրաչափական կենտրոնի շուրջ՝ հավասար հեռավորության վրա։
• ատոմը, որի շուրջ կառուցվում է նոր ժամանակաշրջան, իրեն պահում է այս նոր ժամանակաշրջանի նկատմամբ որպես մեկ ամբողջական համակարգ.

Այսպիսով, մենք ստանում ենք ամենակարևոր օրինաչափությունը քիմիական տարրերի ատոմների կառուցման մեջ.

ԶՈՒՅԳ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔՆԵՐԻ ԽԻՍՏ ՈՐՈՇՎԱԾ ԹԻՎԻ ԿԱՆՈՆԱՎՈՐՈՒԹՅՈՒՆԸ. միաժամանակ, ատոմի ոչնչացման ընդհանուր կետի երկրաչափական կենտրոնից որոշակի հեռավորության վրա կարող են տեղակայվել նյութի տարրական մասնիկների միայն որոշակի թվով զույգ կառուցվածքներ:

Այսինքն՝ պարբերական աղյուսակի երկրորդ, երրորդ ժամանակաշրջաններում՝ յուրաքանչյուրը ութ տարր, չորրորդում, հինգերորդում՝ տասնութ, վեցերորդում, յոթերորդում՝ երեսուներկու։ Ատոմի աճող տրամագիծը թույլ է տալիս զուգակցված կառուցվածքների քանակն ավելացնել յուրաքանչյուր հաջորդ ժամանակաշրջանում:

Հասկանալի է, որ այս օրինաչափությունը որոշում է քիմիական տարրերի ատոմների կառուցման պարբերականության սկզբունքը, որը հայտնաբերել է Դ.Ի. Մենդելեևը։

Քիմիական տարրի ատոմի ներսում գտնվող յուրաքանչյուր շրջան իրեն պահում է որպես մեկ ամբողջական համակարգ: Սա որոշվում է ժամանակաշրջանների միջև հեռավորությունների ցատկերով. շատ ավելի մեծ է, քան զույգ կառուցվածքների միջև ընկած ժամանակահատվածը:

Անավարտ ժամանակաշրջան ունեցող ատոմը քիմիական ակտիվություն է ցուցաբերում վերը նշված օրինաչափության համաձայն։ Քանի որ առկա է ատոմի ձգողական և վանող ուժերի անհավասարակշռություն՝ հօգուտ ձգողականության ուժերի։ Բայց վերջին զույգ կառուցվածքի ավելացմամբ անհավասարակշռությունը վերանում է, նոր շրջանը ձև է ստանում աջ շրջան- դառնում է միասնական, ինտեգրալ, ամբողջական համակարգ. Եվ մենք ստանում ենք իներտ գազի ատոմ։

Ատոմի կառուցվածքի կառուցման ամենակարևոր ձևը հետևյալն է. ատոմն ունի հարթություն-կասկադկառուցվածքը . Ջահի նման մի բան։

• Միևնույն ժամանակաշրջանի զույգ կառուցվածքները պետք է տեղակայվեն ատոմի թարգմանական շարժման վեկտորին ուղղահայաց մի հարթությունում:
• միևնույն ժամանակ ատոմի ժամանակաշրջանները պետք է կասկադային:

Սա բացատրում է, թե ինչու երկրորդ և երրորդ ժամանակաշրջաններում (ինչպես նաև չորրորդ - հինգերորդ, վեցերորդ - յոթերորդ) նույն թվով զույգ կառուցվածքներ (տես ստորև նկարը): Ատոմի այսպիսի կառուցվածքը տարրական մասնիկի ձգողականության և վանման ուժերի բաշխման հետևանք է. գրավիչ ուժերը գործում են մասնիկի առջևի (շարժման ուղղությամբ) կիսագնդում, վանող ուժերը՝ հետևի կիսագնդում.

Հակառակ դեպքում, որոշ զույգ կառույցների ոչնչացման կետերի հետևում գտնվող ազատ էներգիայի կոնցենտրացիաները ընկնում են այլ զույգ կառուցվածքների ոչնչացման կետերի ձգողականության գոտում, և ատոմն անխուսափելիորեն կքանդվի:

Ստորև մենք տեսնում ենք արգոնի ատոմի սխեմատիկ ծավալային պատկերը

արգոնի ատոմի մոդել

Ստորև բերված նկարում մենք կարող ենք տեսնել «հատված», «կողային տեսք» ատոմի երկու ժամանակաշրջանների՝ երկրորդ և երրորդ.

Հենց այդպես էլ պետք է կողմնորոշվեն զուգակցված կառուցվածքները՝ համեմատած ատոմի կենտրոնի հետ, հավասար թվով զույգ կառուցվածքներով ժամանակաշրջաններում (երկրորդը՝ երրորդ, չորրորդը՝ հինգերորդ, վեցերորդը՝ յոթերորդ)։

Տարրական մասնիկի ոչնչացման կետի հետևում գտնվող խտացման մեջ էներգիայի քանակը անընդհատ աճում է: Սա պարզ է դառնում բանաձևից.

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

որտեղ:

E 1-ը շարժման առջևի կիսագնդից ոչնչացման կետի կողմից պտտվող (ներծծվող) ազատ էներգիայի քանակն է:

E 2-ը շարժման հետևի կիսագնդից ծալված (ներծծված) ոչնչացման կետի ազատ էներգիայի քանակն է:

ΔΕ-ն տարրական մասնիկի շարժման առջևի և հետևի կիսագնդերից գլորված (ներծծված) ազատ էներգիայի քանակի տարբերությունն է:

W-ն տարրական մասնիկի շարժման արագությունն է։

Այստեղ մենք տեսնում ենք էներգիայի խտացման զանգվածի շարունակական աճ շարժվող մասնիկի ոչնչացման կետի հետևում, քանի որ նրա առաջ շարժման արագությունը մեծանում է։

Ատոմի կառուցվածքում դա կդրսևորվի նրանով, որ յուրաքանչյուր հաջորդ ատոմի կառուցվածքի հետևում գտնվող էներգիայի խտությունը կաճի. երկրաչափական առաջընթաց. Ոչնչացման կետերը «երկաթե բռնակով» իրար են պահում իրենց ձգողական ուժով: Միևնույն ժամանակ, աճող վանող ուժը գնալով ավելի կշեղի ատոմի զույգ կառուցվածքները միմյանցից: Այսպիսով, մենք ստանում ենք ատոմի հարթ կասկադային կառուցվածք:

Ատոմը, իր ձևով, պետք է նմանի ամանի ձևին, որտեղ «ներքևը» հելիումի ատոմի կառուցվածքն է։ Իսկ ամանի «եզրերը» վերջին շրջանն է։ «Ամանակի թեքությունների» տեղերը` երկրորդը` երրորդը, չորրորդը` հինգերորդը, վեցերորդը` յոթերորդը: Այս «թռումները» հնարավորություն են տալիս ձևավորվել տարբեր ժամանակաշրջաններհավասար թվով զուգավորված կառույցներով

հելիումի ատոմի մոդելը

Դա ատոմի հարթ կասկադային կառուցվածքն է և դրանում զույգ կառուցվածքների օղակաձև դասավորությունը, որոնք որոշում են պարբերականությունը և շարքի կառուցվածքը: պարբերական համակարգՄենդելեևի քիմիական տարրերը, նմանատիպերի դրսևորման հաճախականությունը քիմիական հատկություններատոմները պարբերական աղյուսակի մեկ տողում:

Ատոմի հարթ - կասկադային կառուցվածքը տալիս է ազատ էներգիայի բարձր խտությամբ ատոմի մեկ տարածության տեսք:

• Ատոմի բոլոր զույգ կառուցվածքները կողմնորոշված ​​են ատոմի կենտրոնի ուղղությամբ (ավելի ճիշտ՝ ատոմի երկրաչափական առանցքի վրա գտնվող կետի ուղղությամբ՝ ատոմի շարժման ուղղությամբ)։
• Բոլոր անհատական ​​ոչնչացման կետերը գտնվում են ատոմի ներսում գտնվող ժամանակաշրջանների օղակների երկայնքով:
• Բոլոր անհատական ​​ազատ էներգիայի կլաստերները գտնվում են իրենց ոչնչացման կետերի հետևում:

Արդյունքը՝ մեկ բարձր խտության ազատ էներգիայի կոնցենտրացիան, որի սահմանները ատոմի սահմաններն են։ Այս սահմանները, ինչպես հասկանում ենք, ուժերի գործողության սահմաններն են, որոնք գիտության մեջ հայտնի են որպես Յուկավա ուժեր:

Ատոմի հարթ-կասկադ կառուցվածքը տալիս է ձգողության և վանման ուժերի գոտիների որոշակի ձևի վերաբաշխում։ Մենք արդեն դիտում ենք ներգրավման և վանման ուժերի գոտիների վերաբաշխումը զույգ կառուցվածքում.

Զույգ կառուցվածքի վանող ուժերի գործողության գոտին մեծանում է նրա ձգողական ուժերի գործողության գոտու շնորհիվ (համեմատած միայնակ տարրական մասնիկների հետ)։ Գրավիչ ուժերի գործողության գոտին համապատասխանաբար նվազում է։ (Ձգող ուժի գործողության գոտին նվազում է, բայց ոչ բուն ուժը): Ատոմի հարթ կասկադային կառուցվածքը մեզ տալիս է ատոմի վանող ուժերի գործողության գոտու էլ ավելի մեծ աճ։

• Յուրաքանչյուր նոր շրջանի հետ վանող ուժերի գործողության գոտին հակված է լիարժեք գնդակ կազմելու։
• Ներգրավման ուժերի գործողության գոտին տրամագծով անընդհատ նվազող կոն է լինելու

Ատոմի նոր շրջանի կառուցման մեջ կարելի է հետևել ևս մեկ օրինաչափության. մեկ ժամանակաշրջանի բոլոր զույգ կառուցվածքները խիստ սիմետրիկորեն տեղակայված են ատոմի երկրաչափական կենտրոնի նկատմամբ՝ անկախ տվյալ ժամանակահատվածում զույգ կառուցվածքների քանակից։.

Յուրաքանչյուր նոր զույգ կառուցվածք, միանալով, փոխում է ժամանակաշրջանի մյուս բոլոր զույգ կառուցվածքների գտնվելու վայրը այնպես, որ նրանց միջև եղած հեռավորությունները ժամանակաշրջանում միշտ հավասար են միմյանց: Այս հեռավորությունները նվազում են հաջորդ զույգ կառուցվածքի ավելացման հետ: Անավարտ արտաքին շրջանքիմիական տարրի ատոմն այն դարձնում է քիմիապես ակտիվ:

Ժամանակահատվածների միջև եղած հեռավորությունները, որոնք շատ ավելի մեծ են, քան զուգակցված մասնիկների միջև ընկած տարածությունները, ժամանակաշրջանները դարձնում են միմյանցից համեմատաբար անկախ:

Ատոմի յուրաքանչյուր ժամանակաշրջան կապված է մնացած բոլոր ժամանակաշրջանների և ամբողջ ատոմի հետ՝ որպես անկախ ամբողջ կառուցվածքի։

Սա որոշում է, որ ատոմի քիմիական ակտիվությունը գրեթե 100%-ով որոշվում է միայն ատոմի վերջին շրջանով: Ամբողջովին լցված վերջին շրջանը մեզ տալիս է ատոմի վանող ուժերի առավելագույն լցված գոտին։ Ատոմի քիմիական ակտիվությունը գրեթե զրոյական է։ Ատոմը, ինչպես գնդակը, հեռացնում է մյուս ատոմներին իրենից: Մենք այստեղ գազ ենք տեսնում։ Եվ ոչ միայն գազ, այլ իներտ գազ։

Նոր շրջանի առաջին զույգ կառուցվածքի ավելացումը փոխում է այս հովվերգական պատկերը։ Քշող և ձգողական ուժերի գործողության գոտիների բաշխումը փոխվում է հօգուտ ձգողական ուժերի։ Ատոմը դառնում է քիմիապես ակտիվ։ Սա ատոմ է ալկալիական մետաղ.

Յուրաքանչյուր հաջորդ զույգ կառուցվածքի ավելացմամբ փոխվում է ատոմի ձգողական և վանող ուժերի բաշխման գոտիների հավասարակշռությունը. վանող ուժերի գոտին մեծանում է, ձգողական ուժերի գոտին՝ նվազում։ Եվ յուրաքանչյուր հաջորդ ատոմ դառնում է մի քիչ պակաս մետաղ և մի քիչ ավելի ոչ մետաղ։

Ատոմների հարթ կասկադային ձևը, ներգրավման և վանման ուժերի գործողության գոտիների վերաբաշխումը մեզ տալիս է հետևյալը. այս ատոմի վանող ուժերի գործողությունը։ Եվ դա ինքն իրեն չի ոչնչացնում և չի ոչնչացնում այս մյուս ատոմը:

Այս ամենը մեզ տանում է դեպի ուշագրավ արդյունք՝ քիմիական տարրերի ատոմները, մտնելով միմյանց հետ միացությունների մեջ, կազմում են մոլեկուլների եռաչափ կառուցվածքներ։ Ի տարբերություն ատոմների հարթ-կասկադ կառուցվածքի. Մոլեկուլը ատոմների կայուն եռաչափ կառուցվածք է։

Դիտարկենք էներգիայի հոսքը ատոմների և մոլեկուլների ներսում:

Նախևառաջ, մենք նշում ենք, որ տարրական մասնիկը էներգիան կլանում է ցիկլերով: Այսինքն՝ ցիկլի առաջին կեսին տարրական մասնիկը էներգիա է կլանում մոտակա տարածությունից։ Այստեղ ձևավորվում է դատարկություն՝ տարածություն առանց ազատ էներգիայի։

Ցիկլի երկրորդ կեսին ավելի հեռավոր միջավայրի էներգիաները անմիջապես կսկսեն լրացնել առաջացած դատարկությունը: Այսինքն՝ տիեզերքում կլինեն էներգիայի հոսքեր՝ ուղղված դեպի ոչնչացման կետ։ Մասնիկը ստանում է թարգմանական շարժման դրական իմպուլս։ ԲԱՅՑ կապված էներգիամասնիկի ներսում կսկսի վերաբաշխել իր խտությունը:

Ի՞նչն է մեզ այստեղ հետաքրքրում:

Քանի որ ոչնչացման ցիկլը բաժանված է երկու փուլի՝ էներգիայի կլանման փուլ և էներգիայի շարժման փուլ (դատարկությունը լրացնելը), ապա. Միջին արագությունըէներգիայի հոսքերը ոչնչացման կետի շրջանում կնվազեն, կոպիտ ասած, երկու անգամ։

Եվ այն, ինչ չափազանց կարևոր է.

Ատոմների, մոլեկուլների, ֆիզիկական մարմինների կառուցման մեջ դրսևորվում է մի շատ կարևոր օրինաչափություն. բոլոր նյութական կառուցվածքների կայունությունը, ինչպիսիք են՝ զույգ կառուցվածքները՝ դեյտերիումի ատոմները, ատոմների շուրջ առանձին ժամանակաշրջանները, ատոմները, մոլեկուլները, ֆիզիկական մարմինները, ապահովվում է դրանց ոչնչացման գործընթացների խիստ կանոնավորությամբ։.

Հաշվի առեք սա.

1. Էներգիայի հոսքեր, որոնք առաջանում են զույգ կառուցվածքով: Զույգ կառուցվածքում տարրական մասնիկները սինխրոն կերպով ոչնչացնում են էներգիան։ Հակառակ դեպքում տարրական մասնիկները «կուտեին» էներգիայի համակենտրոնացումը միմյանց ոչնչացման կետի հետևում։ Մենք ստանում ենք զույգ կառուցվածքի հստակ ալիքային բնութագրեր: Բացի այդ, հիշեցնում ենք, որ ոչնչացման գործընթացների ցիկլային բնույթի պատճառով էներգիայի հոսքերի միջին արագությունն այստեղ կիսով չափ նվազում է։
2. Էներգիան հոսում է ատոմի ներսում: Սկզբունքը նույնն է. միևնույն ժամանակաշրջանի բոլոր զուգակցված կառույցները պետք է ոչնչացնեն էներգիան համաժամանակյա՝ սինխրոն ցիկլերում: Նմանապես. ատոմում ոչնչացման գործընթացները պետք է համաժամանակացվեն ժամանակաշրջանների միջև: Ցանկացած ասինխրոնիա հանգեցնում է ատոմի ոչնչացմանը: Այստեղ սինխրոնիկությունը կարող է մի փոքր տարբերվել: Կարելի է ենթադրել, որ ատոմի ժամանակաշրջանները հաջորդաբար ոչնչացնում են էներգիան, մեկը մյուսի հետևից, ալիքով:
3. Էներգիան հոսում է մոլեկուլի, ֆիզիկական մարմնի ներսում: Մոլեկուլի կառուցվածքում ատոմների միջև եղած հեռավորությունները շատ անգամ ավելի մեծ են, քան ատոմի ներսում գտնվող ժամանակաշրջանների միջև եղած հեռավորությունները: Բացի այդ, մոլեկուլն ունի զանգվածային կառուցվածք: Ինչպես ցանկացած ֆիզիկական մարմին, այն ունի եռաչափ կառուցվածք: Հասկանալի է, որ այստեղ ոչնչացման գործընթացների սինխրոնիզմը պետք է լինի հետևողական։ Ուղղորդված ծայրամասից դեպի կենտրոն, կամ հակառակը՝ կենտրոնից դեպի ծայրամաս - հաշվեք այնպես, ինչպես ցանկանում եք:

Սինխրոնիկության սկզբունքը մեզ տալիս է ևս երկու օրինաչափություն.

• Ատոմների, մոլեկուլների, ֆիզիկական մարմինների ներսում հոսող էներգիայի արագությունը շատ ավելի քիչ է, քան տիեզերքի տարածության մեջ էներգիայի շարժման արագության հաստատունը: Այս օրինաչափությունը կօգնի մեզ հասկանալ (հոդված 7-ում) էլեկտրաէներգիայի գործընթացները:
• Որքան մեծ է կառուցվածքը, որը մենք տեսնում ենք (հաջորդաբար՝ տարրական մասնիկ, ատոմ, մոլեկուլ, ֆիզիկական մարմին), այնքան ավելի մեծ կլինի ալիքի երկարությունը նրա ալիքի բնութագրերում։ Սա վերաբերում է նաև ֆիզիկական մարմիններին. որքան մեծ է ֆիզիկական մարմնի զանգվածը, այնքան մեծ է նրա ալիքի երկարությունը:

Էջ 1

Նեյտրոնային լիցքը զրոյական է։ Հետևաբար, նեյտրոնները դեր չեն խաղում ատոմի միջուկի լիցքի մեծության մեջ։ Քրոմի սերիական համարը հավասար է նույն արժեքին։

Պրոտոնի լիցքը qp e Նեյտրոնային լիցքը հավասար է զրոյի։

Հեշտ է տեսնել, որ այս դեպքում նեյտրոնի լիցքը զրո է, իսկ պրոտոնինը՝ 1, ինչպես և սպասվում էր։ Ստացվում են երկու ընտանիքներում ընդգրկված բոլոր բարիոնները՝ ութը և տասը։ Մեզոնները կազմված են քվարկից և անտիկվարկից։ Բարը նշանակում է անտիկվարներ; նրանց էլեկտրական լիցքը տարբերվում է համապատասխան քվարկի նշանով: Տարօրինակ քվարկը չի մտնում պի-մեզոնի մեջ, պի-մեզոնները, ինչպես արդեն ասացինք, տարօրինակությամբ և զրոյի հավասար սպին մասնիկներ են:

Քանի որ պրոտոնի լիցքը հավասար է էլեկտրոնի լիցքին, իսկ նեյտրոնի լիցքը՝ փամփուշտին, ապա եթե ուժեղ փոխազդեցությունն անջատված է, ապա պրոտոնի փոխազդեցությունը էլեկտրամագնիսական դաշտԵվ դա կլինի Դիրակի մասնիկի սովորական փոխազդեցությունը՝ Yp/V: Նեյտրոնը էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություն չի ունենա:

Նշումներ. 67 - լիցքավորման տարբերություն էլեկտրոնի և պրոտոնի միջև; q-ն նեյտրոնային լիցքն է; qg-ը էլեկտրոնի լիցքի բացարձակ արժեքն է:

Միջուկը բաղկացած է դրական լիցքավորված տարրական մասնիկներից՝ պրոտոններից և նեյտրոններից, որոնք լիցք չեն կրում։

Նյութի կառուցվածքի վերաբերյալ ժամանակակից պատկերացումների հիմքը նյութի ատոմների գոյության մասին հայտարարությունն է, որը բաղկացած է դրական լիցքավորված պրոտոններից և լիցքավորված նեյտրոններից, որոնք ձևավորում են դրական լիցքավորված միջուկ և բացասական լիցքավորված էլեկտրոններ, որոնք պտտվում են միջուկի շուրջը: Էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակները, ըստ այս տեսության, իրենց բնույթով դիսկրետ են, և նրանց կողմից որոշ լրացուցիչ էներգիայի կորուստը կամ ձեռքբերումը դիտվում է որպես անցում մեկ թույլատրված էներգիայի մակարդակից մյուսին։ Միևնույն ժամանակ էներգիայի դիսկրետ բնույթը էլեկտրոնային մակարդակներդառնում է էլեկտրոնի կողմից էներգիայի միևնույն դիսկրետ կլանման կամ արտանետման պատճառը էներգիայի մի մակարդակից մյուսին անցնելու ժամանակ։

Մենք ենթադրեցինք, որ ատոմի կամ մոլեկուլի լիցքը լիովին որոշվում է q Z սկալյար գումարով (q Nqn, որտեղ Z-ը էլեկտրոն-պրոտոն զույգերի թիվն է, q qp - qe-ն էլեկտրոնի և պրոտոնի լիցքերի տարբերությունն է։ , N-ը նեյտրոնների թիվն է, իսկ qn-ը՝ նեյտրոնի լիցքը։

Միջուկային լիցքը որոշվում է միայն Z պրոտոնների քանակով և դրա զանգվածային համարը A-ն համընկնում է պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թվի հետ։ Քանի որ նեյտրոնի լիցքը զրոյական է, Կուլոնի օրենքի համաձայն երկու նեյտրոնների, ինչպես նաև պրոտոնի և նեյտրոնի միջև էլեկտրական փոխազդեցություն չկա: Միևնույն ժամանակ երկու պրոտոնների միջև գործում է էլեկտրական վանող ուժ։

Ավելին, չափումների ճշգրտության սահմաններում երբևէ չի գրանցվել բախման որևէ պրոցես, որում չպահպանվի լիցքի պահպանման օրենքը։ Օրինակ՝ նեյտրոնների անճկունությունը միատարր վիճակում էլեկտրական դաշտերթույլ է տալիս նեյտրոնային լիցքը դիտարկել որպես զրոճշգրիտ մինչև 1 (H7 էլեկտրոնային լիցք.

Մենք արդեն ասացինք, որ պրոտոնի և մեկ միջուկային մագնետոնի մագնիսական պահի տարբերությունը զարմանալի արդյունք է։ Նույնիսկ ավելի զարմանալի է (Թվում է, թե նեյտրոնի համար մագնիսական պահ կա առանց լիցքի.

Հեշտ է տեսնել, որ այդ ուժերը չեն կրճատվում ֆիզիկայի դասընթացի նախորդ մասերում դիտարկված ուժերից որևէ մեկին: Իսկապես, եթե ենթադրենք, օրինակ, որ միջուկների նուկլոնների միջև կան գրավիտացիոն ուժեր, ապա պրոտոնի և նեյտրոնի հայտնի զանգվածներից հեշտ է հաշվարկել, որ մեկ մասնիկի կապող էներգիան աննշան կլինի՝ այն կլինի 1036 անգամ ավելի քիչ, քան փորձարարական նկատվածը։ Անհետանում է նաև միջուկային ուժերի էլեկտրական բնույթի մասին ենթադրությունը։ Իրոք, այս դեպքում անհնար է պատկերացնել կայուն միջուկ, որը բաղկացած է մեկ լիցքավորված պրոտոնից և առանց նեյտրոնի լիցքավորման:

Ամուր կապը, որը գոյություն ունի միջուկի նուկլոնների միջև, ցույց է տալիս ատոմային միջուկներում հատուկ, այսպես կոչված, միջուկային ուժերի առկայությունը: Հեշտ է տեսնել, որ այդ ուժերը չեն կրճատվում ֆիզիկայի դասընթացի նախորդ մասերում դիտարկված ուժերից որևէ մեկին: Իրոք, եթե ենթադրենք, օրինակ, որ գրավիտացիոն ուժերը գործում են միջուկների նուկլոնների միջև, ապա պրոտոնի և նեյտրոնի հայտնի զանգվածներից հեշտ է հաշվարկել, որ մեկ մասնիկի կապող էներգիան աննշան կլինի. այն կլինի 1038 անգամ պակաս, քան որը նկատվել է փորձարարական եղանակով: Անհետանում է նաև միջուկային ուժերի էլեկտրական բնույթի մասին ենթադրությունը։ Իրոք, այս դեպքում անհնար է պատկերացնել կայուն միջուկ, որը բաղկացած է մեկ լիցքավորված պրոտոնից և առանց նեյտրոնի լիցքավորման: