Grande enciclopedia del petrolio e del gas. Particelle elementari

Totale mondo materiale, secondo la fisica moderna, è costituito da tre particelle elementari: protone, neutrone ed elettrone. Inoltre, secondo la scienza, ci sono altre particelle di materia "elementari" nell'universo, alcuni dei quali sono chiaramente più che la norma. Allo stesso tempo, la funzione di queste altre "particelle elementari" nell'esistenza e nell'evoluzione dell'universo non è chiara.

Considera un'altra interpretazione delle particelle elementari:

Ce n'è solo uno particella elementare la materia è un protone. Tutte le altre "particelle elementari", inclusi il neutrone e l'elettrone, sono solo derivati ​​del protone e svolgono un ruolo molto modesto nell'evoluzione dell'universo. Consideriamo come si formano tali "particelle elementari".

Abbiamo esaminato in dettaglio la struttura di una particella elementare di materia nell'articolo "". Brevemente sulla particella elementare:

• Una particella elementare di materia ha la forma di un filo allungato nello spazio.
• Una particella elementare è in grado di allungarsi. Nel processo di allungamento, la densità della materia all'interno di una particella elementare diminuisce.
• Abbiamo chiamato la sezione di una particella elementare, dove la densità della materia cade della metà materia quantistica .
• Nel processo di movimento, la particella elementare assorbe continuamente (piega, ) energia.
• Punto di assorbimento di energia( punto di annientamento ) è all'estremità del vettore di moto di una particella elementare.
• Più precisamente: sulla punta del quanto attivo della materia.
• Assorbendo energia, la particella elementare aumenta continuamente la velocità del suo movimento in avanti.
• La particella elementare della materia è un dipolo. In cui le forze attrattive sono concentrate nella parte anteriore (nella direzione del movimento) della particella e le forze repulsive sono concentrate nella parte posteriore.

La proprietà di essere elementare nello spazio significa teoricamente la possibilità di ridurre a zero la densità della materia. E questo, a sua volta, significa la possibilità della sua rottura meccanica: il luogo di rottura di una particella elementare di materia può essere rappresentato come la sua sezione a densità zero di materia.

Nel processo di annichilazione (assorbimento di energia), una particella elementare, ripiegando l'energia, aumenta continuamente la velocità del suo moto di traslazione nello spazio.

L'evoluzione della galassia, infine, porta le particelle elementari della materia al momento in cui diventano capaci di esercitare un effetto lacerante l'una sull'altra. Le particelle elementari potrebbero non incontrarsi su percorsi paralleli, quando una particella si avvicina a un'altra lentamente e senza intoppi, come una nave su un molo. Possono incontrarsi nello spazio e su traiettorie opposte. Quindi una forte collisione e, di conseguenza, la rottura di una particella elementare è quasi inevitabile. Possono subire un'onda molto potente di perturbazione dell'energia, che porta anche a una rottura.

Quali possono essere i "detriti" formatisi a seguito della rottura di una particella elementare di materia?

Consideriamo il caso in cui, a causa di un'influenza esterna, da particelle elementari di materia - un atomo di deuterio - decadde in un protone e un neutrone.

La rottura della struttura della coppia non avviene nel luogo della loro connessione -. Una delle due particelle elementari della struttura di coppia si rompe.

Protone e neutrone differiscono l'uno dall'altro nella loro struttura.

• Un protone è una particella elementare leggermente accorciata (dopo una pausa),
• neutrone - una struttura costituita da una particella elementare a tutti gli effetti e un "moncone" - la punta anteriore e leggera della prima particella.

Una particella elementare a tutti gli effetti ha un insieme completo - quanti di materia "N" nella sua composizione. Il protone ha quanti di materia "N-n". Il neutrone ha quanti "N + n".

Il comportamento del protone è chiaro. Pur avendo perso i quanti finali di materia, continua attivamente l'energia: la densità di materia del suo nuovo quanto finale corrisponde sempre alle condizioni di annientamento. Questo nuovo quanto finale di materia diventa un nuovo punto di annientamento. In generale, il protone si comporta come previsto. Le proprietà dei protoni sono ben descritte in qualsiasi manuale di fisica. Solo che diventerà un po 'più leggero della sua controparte "a tutti gli effetti", una particella elementare di materia a tutti gli effetti.

Il neutrone si comporta diversamente. Consideriamo prima la struttura del neutrone. È la sua struttura che spiega la sua "stranezza".

In sostanza, il neutrone è composto da due parti. La prima parte è una particella elementare di materia a tutti gli effetti con un punto di annientamento nella sua estremità anteriore. La seconda parte è un "moncone" leggero e fortemente accorciato della prima particella elementare, lasciato dopo la rottura della doppia struttura, e avente anche un punto di annientamento. Queste due parti sono interconnesse da punti di annientamento. Pertanto, il neutrone ha un doppio punto di annichilazione.

La logica del pensiero suggerisce che queste due parti ponderate del neurone si comporteranno in modo diverso. Se la prima parte, che è una particella elementare a tutto peso, annienterà, come previsto, l'energia libera e accelererà gradualmente nello spazio dell'universo, la seconda parte leggera inizierà ad annientare l'energia libera a una velocità maggiore.

Il movimento di una particella elementare di materia nello spazio è dovuto a: l'energia diffondente trascina una particella caduta nei suoi flussi. È chiaro che meno massiccia è una particella di materia, più è facile per i flussi di energia trascinare questa particella con sé, maggiore è la velocità di questa particella. È chiaro che cosa grande quantità l'energia viene contemporaneamente piegata da un quanto attivo, più potenti sono i flussi di energia che si diffonde, più facile è per questi flussi trascinare una particella con loro. Otteniamo la dipendenza: La velocità del moto di traslazione di una particella di materia nello spazio è proporzionale alla massa della materia del suo quanto attivo ed è inversamente proporzionale alla massa totale della particella di materia :

La seconda parte leggera del neutrone ha una massa che è molte volte inferiore alla massa di una particella elementare di materia a tutto peso. Ma le masse dei loro quanti attivi sono uguali. Cioè: annientano l'energia alla stessa velocità. Otteniamo: la velocità del moto di traslazione della seconda parte del neutrone tenderà ad aumentare rapidamente e comincerà ad annientare l'energia più velocemente. (Per non creare confusione, chiameremo elettrone la seconda parte leggera del neutrone).

disegno di un neutrone

Una quantità bruscamente crescente di energia annichilata simultaneamente da un elettrone, mentre è nella composizione di un neutrone, porta all'inerzia del neutrone. L'elettrone inizia ad annientare più energia del suo "vicino" - una particella elementare a tutti gli effetti. Non può ancora staccarsi dal comune punto di annientamento dei neutroni: potenti forze di attrazione interferiscono. Di conseguenza, l'elettrone inizia a "mangiare" dietro il punto di annichilazione comune.

Allo stesso tempo, l'elettrone inizia a spostarsi rispetto al suo partner e alla sua condensazione energia gratis rientra nell'intervallo del punto di annientamento del suo vicino. Che subito inizia a "mangiare" questo addensamento. Tale passaggio di un elettrone e di una particella a tutti gli effetti alle risorse "interne" - la condensazione dell'energia libera dietro il punto di annichilazione - porta a un rapido calo delle forze di attrazione e repulsione del neutrone.

Il distacco dell'elettrone dalla struttura generale del neutrone avviene nel momento in cui lo spostamento dell'elettrone rispetto ad una particella elementare a tutto peso diventa sufficientemente grande, la forza tendente a rompere i legami di attrazione di due punti di annichilazione comincia a superare la forza di attrazione di questi punti di annichilazione e la seconda parte leggera del neutrone (elettrone) vola via rapidamente.

Di conseguenza, il neutrone decade in due unità: una particella elementare a tutti gli effetti - un protone e una parte leggera e accorciata di una particella elementare di materia - un elettrone.

Secondo i dati moderni, la struttura di un singolo neutrone esiste per circa quindici minuti. Quindi decade spontaneamente in un protone e un elettrone. Questi quindici minuti sono il tempo di spostamento dell'elettrone rispetto al punto comune di annientamento del neutrone e della sua lotta per la sua "libertà".

Riassumiamo alcuni risultati:

• PROTON è una particella elementare di materia a tutti gli effetti, con un punto di annientamento, o una parte pesante di una particella elementare di materia, che rimane dopo che i quanti di luce sono stati separati da essa.
• NEUTRON è una struttura doppia, avente due punti di annichilazione, e costituita da una particella elementare di materia e da una parte anteriore leggera di un'altra particella elementare di materia.
• ELETTRON - la parte anteriore della particella elementare della materia, che ha un punto di annientamento, costituito da quanti di luce, formati a seguito della rottura della particella elementare della materia.
• La struttura “protone-neutrone” riconosciuta dalla scienza è l'ATOMO DI DEUTERIO, una struttura di due particelle elementari che ha un doppio punto di annichilazione.

Un elettrone non è una particella elementare indipendente che ruota attorno al nucleo di un atomo.

L'elettrone, secondo la scienza, non è nella composizione dell'atomo.

E il nucleo di un atomo, in quanto tale, non esiste in natura, così come non esiste neutrone sotto forma di particella elementare indipendente di materia.

Sia l'elettrone che il neutrone sono derivati ​​di una struttura a coppie di due particelle elementari, dopo che è stata spezzata in due parti disuguali a causa dell'influenza esterna. Nella composizione di un atomo di qualsiasi elemento chimico, un protone e un neutrone sono una struttura di coppia standard - due particelle elementari di materia a tutto peso - due protoni uniti da punti di annichilazione.

Nella fisica moderna, c'è una posizione incrollabile secondo cui il protone e l'elettrone hanno cariche elettriche uguali ma opposte. Presumibilmente, come risultato dell'interazione di queste cariche opposte, sono attratte l'una dall'altra. Spiegazione abbastanza logica. Riflette correttamente il meccanismo del fenomeno, ma è completamente sbagliato: la sua essenza.

Le particelle elementari non hanno cariche "elettriche" né positive né negative, così come non esiste una forma speciale di materia sotto forma di "campo elettrico". Tale "elettricità" è un'invenzione dell'uomo, causata dalla sua incapacità di spiegare lo stato di cose esistente.

L'"elettrico" e l'elettrone l'uno per l'altro sono in realtà creati da flussi di energia diretti ai loro punti di annientamento, come risultato del loro movimento in avanti nello spazio dell'universo. Quando cadono nella zona d'azione delle forze di attrazione l'una dell'altra. Sembra davvero un'interazione di uguale magnitudine ma cariche elettriche opposte.

"cariche elettriche simili", ad esempio: anche due protoni o due elettroni hanno una spiegazione diversa. La repulsione si verifica quando una delle particelle entra nella zona d'azione delle forze repulsive di un'altra particella, cioè la zona di condensazione dell'energia dietro il suo punto di annientamento. Ne abbiamo parlato in un articolo precedente.

Anche l'interazione "protone - antiprotone", "elettrone - positrone" ha una spiegazione diversa. Con tale interazione intendiamo l'interazione dello spirito di protoni o elettroni quando si muovono in rotta di collisione. In questo caso, a causa della loro interazione solo per attrazione (non c'è repulsione, poiché la zona di repulsione di ciascuno di loro è dietro di loro), si verifica il loro duro contatto. Di conseguenza, invece di due protoni (elettroni), otteniamo "particelle elementari" completamente diverse, che sono in realtà derivati ​​dalla rigida interazione di questi due protoni (elettroni).

La struttura atomica delle sostanze. Modello Atomico

Considera la struttura dell'atomo.

Neutrone ed elettrone - come particelle elementari della materia - non esistono. Questo è ciò di cui abbiamo discusso sopra. Di conseguenza: non esiste il nucleo di un atomo e il suo guscio di elettroni. Questo errore è un potente ostacolo per ulteriori ricerche sulla struttura della materia.

L'unica particella elementare di materia è solo il protone. Un atomo di qualsiasi elemento chimico è costituito da strutture accoppiate di due particelle elementari di materia (ad eccezione degli isotopi, dove vengono aggiunte più particelle elementari alla struttura accoppiata).

Per il nostro ulteriore ragionamento, è necessario considerare il concetto di punto di annientamento comune.

Le particelle elementari della materia interagiscono tra loro tramite punti di annientamento. Questa interazione porta alla formazione di strutture materiali: atomi, molecole, corpi fisici... Che hanno un punto di annichilazione dell'atomo comune, un punto di annichilazione della molecola comune...

PUNTO DI ANNIHILATION GENERALE - è l'unione di due singoli punti di annientamento di particelle elementari di materia in un punto di annientamento comune di una struttura di coppia, o punti di annientamento comuni di strutture di coppia in un punto di annientamento comune di un atomo di un elemento chimico, o annientamento comune punti di atomi elementi chimici– al comune punto di annichilazione molecolare.

La cosa principale qui è che l'unione di particelle di materia agisce come attrazione e repulsione come un unico oggetto integrale. Alla fine, anche qualsiasi corpo fisico può essere rappresentato come un comune punto di annientamento di questo corpo fisico: questo corpo attrae a sé altri corpi fisici come un unico oggetto fisico integrale, come un unico punto di annientamento. In questo caso, otteniamo fenomeni gravitazionali: attrazione tra corpi fisici.

Nella fase del ciclo di sviluppo della galassia, quando le forze di attrazione diventano abbastanza grandi, inizia l'unificazione degli atomi di deuterio nelle strutture di altri atomi. Gli atomi degli elementi chimici si formano in sequenza, all'aumentare della velocità del moto di traslazione delle particelle elementari di materia (leggi: aumenta la velocità del moto di traslazione della galassia nello spazio dell'universo) attaccando nuove strutture a coppie di particelle elementari della materia all'atomo di deuterio.

L'unificazione avviene in sequenza: in ogni nuovo atomo appare una nuova struttura a coppie di particelle elementari di materia (meno spesso, una singola particella elementare). Cosa ci dà la combinazione di atomi di deuterio nella struttura di altri atomi:

1. Appare un punto comune di annientamento dell'atomo. Ciò significa che il nostro atomo interagirà per attrazione e repulsione con tutti gli altri atomi e le particelle elementari come un'unica struttura integrale.
2. Appare lo spazio dell'atomo, all'interno del quale la densità dell'energia libera supererà molte volte la densità dell'energia libera al di fuori del suo spazio. Una densità di energia molto alta dietro un singolo punto di annichilazione all'interno dello spazio di un atomo semplicemente non avrà il tempo di diminuire fortemente: le distanze tra le particelle elementari sono troppo piccole. La densità media di energia libera nello spazio intraatomico è molte volte maggiore del valore della costante di densità di energia libera dello spazio dell'universo.

Nella costruzione di atomi di elementi chimici, molecole sostanze chimiche, corpi fisici, si manifesta la più importante legge di interazione di particelle materiali e corpi:

La forza dei legami intranucleari, chimici, elettrici e gravitazionali dipende dalle distanze tra i punti di annichilazione all'interno di un atomo, tra i punti di annichilazione comuni degli atomi all'interno delle molecole, tra i punti di annichilazione comuni delle molecole all'interno dei corpi fisici, tra i corpi fisici. Minore è la distanza tra i punti di annientamento comuni, più potenti forze attrattive agiscono tra di loro.

È chiaro che:

• Per legami intranucleari si intendono le interazioni tra particelle elementari e tra strutture di coppia all'interno degli atomi.
• Per legami chimici si intendono le interazioni tra atomi nella struttura delle molecole.
• Per connessioni elettriche, intendiamo le interazioni tra le molecole nella composizione di corpi fisici, liquidi, gas.
• Per legami gravitazionali si intendono le interazioni tra corpi fisici.

La formazione del secondo elemento chimico - l'atomo di elio - avviene quando la galassia accelera nello spazio a una velocità sufficientemente elevata.Quando la forza di attrazione di due atomi di deuterio raggiunge un valore elevato, questi si avvicinano a una distanza tale da consentire loro di combinarsi in un struttura quadrupla dell'atomo di elio.

Un ulteriore aumento della velocità del moto progressivo della galassia porta alla formazione di atomi dei successivi (secondo la tavola periodica) elementi chimici. Allo stesso tempo: alla genesi degli atomi di ciascun elemento chimico corrisponde una velocità propria, rigorosamente definita, del movimento progressivo della galassia nello spazio dell'universo. Chiamiamola il tasso standard di formazione di un atomo di un elemento chimico .

L'atomo di elio è il secondo atomo dopo l'idrogeno a formarsi nella galassia. Quindi, all'aumentare della velocità del movimento in avanti della galassia, il successivo atomo di deuterio irrompe nell'atomo di elio. Ciò significa che la velocità del movimento in avanti della galassia ha raggiunto il tasso standard di formazione di un atomo di litio. Quindi raggiungerà il tasso standard di formazione di un atomo di berillio, carbonio ... e così via, secondo la tavola periodica.

modello atomico

Nel diagramma sopra, possiamo vedere che:

1. Ogni periodo nell'atomo è un anello di strutture accoppiate.
2. Il centro dell'atomo è sempre occupato dalla struttura quadrupla dell'atomo di elio.
3. Tutte le strutture accoppiate dello stesso periodo si trovano rigorosamente sullo stesso piano.
4. Le distanze tra i periodi sono molto maggiori delle distanze tra le strutture di coppia all'interno di un periodo.

Naturalmente, questo è uno schema molto semplificato e non riflette tutte le realtà della costruzione degli atomi. Ad esempio: ogni nuova struttura di coppia, unendo un atomo, sposta il resto delle strutture di coppia del periodo a cui è attaccata.

Otteniamo il principio di costruire un periodo sotto forma di un anello attorno al centro geometrico dell'atomo:

• la struttura d'epoca è costruita su un piano. Ciò è facilitato dal vettore generale del moto di traslazione di tutte le particelle elementari della galassia.
• strutture a coppie dello stesso periodo sono costruite attorno al centro geometrico dell'atomo a uguale distanza.
• l'atomo attorno al quale si costruisce un nuovo periodo si comporta nei confronti di questo nuovo periodo come un unico sistema completo.

Quindi otteniamo la regolarità più importante nella costruzione di atomi di elementi chimici:

REGOLARITÀ DI UN NUMERO STRETTAMENTE DETERMINATO DI STRUTTURE A COPPIA: simultaneamente, ad una certa distanza dal centro geometrico del punto comune di annichilazione di un atomo, si può localizzare solo un certo numero di strutture a coppie di particelle elementari di materia.

Cioè: nel secondo, terzo periodo della tavola periodica - otto elementi ciascuno, nel quarto, quinto - diciotto, nel sesto, settimo - trentadue. Il diametro crescente dell'atomo consente al numero di strutture accoppiate di aumentare in ogni periodo successivo.

È chiaro che questo schema determina il principio di periodicità nella costruzione di atomi di elementi chimici, scoperto da D.I. Mendeleev.

Ogni periodo all'interno dell'atomo di un elemento chimico si comporta in relazione ad esso come un unico sistema integrale. Ciò è determinato dai salti nelle distanze tra i periodi: molto più grandi delle distanze tra le strutture di coppia all'interno di un periodo.

Un atomo con un periodo incompleto esibisce attività chimica secondo la regolarità di cui sopra. Poiché c'è uno squilibrio delle forze di attrazione e repulsione dell'atomo a favore delle forze di attrazione. Ma con l'aggiunta della struttura dell'ultima coppia, lo squilibrio scompare, il nuovo periodo prende forma cerchio destro- diventa un sistema unico, integrale, completo. E otteniamo un atomo di gas inerte.

Il modello più importante per costruire la struttura di un atomo è: l'atomo ha una cascata pianastruttura . Qualcosa come un lampadario.

• strutture di coppia dello stesso periodo dovrebbero trovarsi sullo stesso piano perpendicolare al vettore del moto traslatorio dell'atomo.
• allo stesso tempo, i periodi nell'atomo devono precipitare.

Questo spiega perché nel secondo e nel terzo periodo (così come nel quarto - quinto, sesto - settimo) lo stesso numero di strutture appaiate (vedi figura sotto). Tale struttura di un atomo è una conseguenza della distribuzione delle forze di attrazione e repulsione di una particella elementare: le forze attrattive agiscono nell'emisfero anteriore (nella direzione del movimento) della particella, le forze repulsive - nell'emisfero posteriore.

Altrimenti, i cluster di energia libera dietro i punti di annichilazione di alcune strutture di coppia cadono nella zona di attrazione dei punti di annichilazione di altre strutture di coppia e l'atomo inevitabilmente si sfalda.

Di seguito vediamo un'immagine volumetrica schematica dell'atomo di argon

modello dell'atomo di argon

Nella figura seguente, possiamo vedere una "sezione", una "vista laterale" di due periodi di un atomo - il secondo e il terzo:

Questo è esattamente il modo in cui le strutture accoppiate dovrebbero essere orientate rispetto al centro dell'atomo in periodi con un numero uguale di strutture accoppiate (la seconda - la terza, la quarta - la quinta, la sesta - la settima).

La quantità di energia nella condensazione dietro il punto di annichilazione di una particella elementare è in continua crescita. Ciò risulta chiaro dalla formula:

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

dove:

E 1 è la quantità di energia libera arrotolata (assorbita) dal punto di annientamento dall'emisfero anteriore del movimento.

E 2 è la quantità di energia libera del punto di annichilazione piegato (assorbito) dall'emisfero posteriore del movimento.

ΔЕ è la differenza tra la quantità di energia libera arrotolata (assorbita) dagli emisferi anteriore e posteriore del movimento di una particella elementare.

W è la velocità di movimento di una particella elementare.

Qui vediamo un continuo aumento della massa di condensazione di energia dietro il punto di annichilazione di una particella in movimento, all'aumentare della velocità del suo movimento in avanti.

Nella struttura dell'atomo, questo si manifesterà nel fatto che la densità di energia dietro la struttura di ogni atomo successivo aumenterà in progressione geometrica. I punti di annientamento si sorreggono con la loro forza di attrazione con una "presa di ferro". Allo stesso tempo, la crescente forza repulsiva devierà sempre più le strutture di coppia dell'atomo l'una dall'altra. Quindi otteniamo una costruzione a cascata piatta di un atomo.

L'atomo, nella forma, dovrebbe assomigliare alla forma di una ciotola, dove il "fondo" è la struttura dell'atomo di elio. E i "bordi" della ciotola sono l'ultimo periodo. Luoghi di "curve della ciotola": il secondo - il terzo, il quarto - il quinto, il sesto - il settimo periodo. Queste "curve" consentono di formare periodi diversi con un numero uguale di strutture appaiate

modello dell'atomo di elio

È la struttura a cascata piatta dell'atomo e la disposizione ad anello delle strutture di coppia al suo interno che determinano la periodicità e la fila di costruzione del sistema periodico di elementi chimici di Mendeleev, la periodicità della manifestazione di proprietà chimiche simili di atomi di uno riga della tavola periodica.

Piano: la struttura a cascata dell'atomo conferisce l'aspetto di un unico spazio dell'atomo con un'alta densità di energia libera.

• Tutte le strutture di coppia di un atomo sono orientate nella direzione del centro dell'atomo (o meglio: nella direzione di un punto situato sull'asse geometrico dell'atomo, nella direzione del movimento dell'atomo).
• Tutti i singoli punti di annientamento si trovano lungo gli anelli dei periodi all'interno dell'atomo.
• Tutti i singoli cluster di energia libera si trovano dietro i loro punti di annientamento.

Il risultato: un'unica concentrazione di energia libera ad alta densità, i cui confini sono i confini dell'atomo. Questi confini, come comprendiamo, sono i confini dell'azione di forze conosciute nella scienza come forze Yukawa.

La struttura a cascata piana dell'atomo fornisce una ridistribuzione delle zone delle forze di attrazione e repulsione in un certo modo. Osserviamo già la ridistribuzione delle zone di forze di attrazione e repulsione nella struttura accoppiata:

La zona d'azione delle forze repulsive della struttura a coppia aumenta a causa della zona d'azione delle forze di attrazione (rispetto alle singole particelle elementari). La zona d'azione delle forze attrattive diminuisce di conseguenza. (La zona d'azione della forza di attrazione diminuisce, ma non la forza stessa). La struttura a cascata piatta dell'atomo ci dà un aumento ancora maggiore della zona d'azione delle forze repulsive dell'atomo.

• Ad ogni nuovo periodo, la zona d'azione delle forze repulsive tende a formare una palla piena.
• La zona d'azione delle forze di attrazione sarà un cono di diametro sempre decrescente

Nella costruzione di un nuovo periodo dell'atomo si può rintracciare un'altra regolarità: tutte le strutture di coppia di un periodo si trovano in modo rigorosamente simmetrico rispetto al centro geometrico dell'atomo, indipendentemente dal numero di strutture di coppia nel periodo.

Ogni nuova struttura di coppia, unendosi, cambia la posizione di tutte le altre strutture di coppia del periodo in modo che le distanze tra loro nel periodo siano sempre uguali tra loro. Queste distanze diminuiscono con l'aggiunta della successiva struttura di coppia. Incompleto periodo esterno un atomo di un elemento chimico lo rende chimicamente attivo.

Le distanze tra i periodi, che sono molto maggiori delle distanze tra particelle accoppiate all'interno di un periodo, rendono i periodi relativamente indipendenti l'uno dall'altro.

Ogni periodo dell'atomo è correlato a tutti gli altri periodi e all'intero atomo come una struttura intera indipendente.

Ciò determina che l'attività chimica dell'atomo è determinata quasi al 100% solo dall'ultimo periodo dell'atomo. L'ultimo periodo completamente riempito ci dà la zona piena massima delle forze repulsive dell'atomo. L'attività chimica di un atomo è quasi nulla. Un atomo, come una palla, allontana altri atomi da se stesso. Vediamo il gas qui. E non solo un gas, ma un gas inerte.

L'aggiunta della prima struttura a coppie del nuovo periodo cambia questo quadro idilliaco. La distribuzione delle zone d'azione delle forze di repulsione e di attrazione cambia a favore delle forze di attrazione. L'atomo diventa chimicamente attivo. Questo è un atomo metallo alcalino.

Con l'aggiunta di ciascuna struttura di coppia successiva, l'equilibrio delle zone di distribuzione delle forze di attrazione e repulsione dell'atomo cambia: la zona delle forze repulsive aumenta, la zona delle forze di attrazione diminuisce. E ogni atomo successivo diventa un po' meno metallico e un po' più non metallico.

La forma a cascata piatta degli atomi, la ridistribuzione delle zone d'azione delle forze di attrazione e repulsione ci dà quanto segue: un atomo di un elemento chimico, incontrando un altro atomo anche in rotta di collisione, cade immancabilmente nella zona di azione delle forze di repulsione di questo atomo. E non si autodistrugge e non distrugge quest'altro atomo.

Tutto ciò ci porta a un risultato notevole: gli atomi degli elementi chimici, entrando in composti tra loro, formano strutture tridimensionali di molecole. In contrasto con la struttura a cascata piatta degli atomi. Una molecola è una struttura tridimensionale stabile di atomi.

Considera i flussi di energia all'interno di atomi e molecole.

Innanzitutto, notiamo che una particella elementare assorbirà energia in cicli. Cioè: nella prima metà del ciclo, la particella elementare assorbe energia dallo spazio più vicino. Qui si forma un vuoto, uno spazio senza energia libera.

Nella seconda metà del ciclo: le energie provenienti da un ambiente più distante inizieranno immediatamente a riempire il vuoto risultante. Cioè, nello spazio ci saranno flussi di energia diretti al punto di annientamento. La particella riceve una quantità di moto positiva di moto traslatorio. MA energia legata all'interno della particella inizierà a ridistribuire la sua densità.

Cosa ci interessa qui?

Poiché il ciclo di annientamento è diviso in due fasi: la fase di assorbimento di energia e la fase di movimento dell'energia (riempimento del vuoto), allora velocità media i flussi di energia nella regione del punto di annichilazione diminuiranno, grosso modo, di un fattore due.

E cosa è estremamente importante:

Nella costruzione di atomi, molecole, corpi fisici si manifesta una regolarità molto importante: la stabilità di tutte le strutture materiali, come: strutture accoppiate - atomi di deuterio, periodi individuali attorno agli atomi, atomi, molecole, corpi fisici è assicurata dal rigoroso ordine dei loro processi di annientamento.

Considera questo.

1. Flussi energetici generati da una struttura a coppie. In una struttura a coppie, le particelle elementari annientano l'energia in modo sincrono. Altrimenti, le particelle elementari "mangiano" la concentrazione di energia dietro il punto di annientamento l'una dell'altra. Otteniamo chiare caratteristiche d'onda della struttura di coppia. Ricordiamo inoltre che, a causa della natura ciclica dei processi di annichilazione, la velocità media dei flussi energetici qui diminuisce della metà.
2. L'energia scorre all'interno di un atomo. Il principio è lo stesso: tutte le strutture accoppiate dello stesso periodo devono annientare l'energia in modo sincrono, in cicli sincroni. Allo stesso modo: i processi di annientamento all'interno dell'atomo devono essere sincronizzati tra i periodi. Qualsiasi asincronia porta alla distruzione dell'atomo. Qui la sincronicità può variare leggermente. Si può presumere che i periodi in un atomo annichilino l'energia in sequenza, uno dopo l'altro, in un'onda.
3. L'energia scorre all'interno di una molecola, un corpo fisico. Le distanze tra gli atomi nella struttura di una molecola sono molte volte maggiori delle distanze tra i periodi all'interno di un atomo. Inoltre, la molecola ha una struttura sfusa. Proprio come qualsiasi corpo fisico, ha una struttura tridimensionale. È chiaro che il sincronismo dei processi di annientamento qui deve essere coerente. Diretto dalla periferia al centro o viceversa: dal centro alla periferia - conta come preferisci.

Il principio di sincronicità ci dà altre due regolarità:

• La velocità dell'energia che scorre all'interno degli atomi, delle molecole, dei corpi fisici è molto inferiore alla costante di velocità del movimento dell'energia nello spazio dell'universo. Questo schema ci aiuterà a capire (nell'articolo #7) i processi dell'elettricità.
• Più grande è la struttura che vediamo (successivamente: particella elementare, atomo, molecola, corpo fisico), maggiore sarà la lunghezza d'onda nelle sue caratteristiche d'onda che osserveremo. Questo vale anche per i corpi fisici: maggiore è la massa di un corpo fisico, maggiore è la sua lunghezza d'onda.

• Traduzione

Al centro di ogni atomo c'è il nucleo, una minuscola raccolta di particelle chiamate protoni e neutroni. In questo articolo studieremo la natura di protoni e neutroni, che sono costituiti da particelle ancora più piccole: quark, gluoni e antiquark. (I gluoni, come i fotoni, sono le loro stesse antiparticelle.) Quark e gluoni, per quanto ne sappiamo, possono essere veramente elementari (indivisibili e non composti da qualcosa di più piccolo). Ma a loro più tardi.

Sorprendentemente, protoni e neutroni hanno quasi la stessa massa, fino a una percentuale:

• 0,93827 GeV/c 2 per un protone,
• 0,93957 GeV/c 2 per un neutrone.

Questa è la chiave della loro natura: in realtà sono molto simili. Sì, c'è una differenza evidente tra loro: il protone ha un positivo carica elettrica, mentre il neutrone non ha carica (è neutro, da cui il nome). Di conseguenza, le forze elettriche agiscono sulla prima, ma non sulla seconda. A prima vista, questa distinzione sembra essere molto importante! Ma in realtà non lo è. In tutti gli altri sensi, il protone e il neutrone sono quasi gemelli. Hanno identiche non solo le masse, ma anche la struttura interna.

Poiché sono così simili e poiché queste particelle costituiscono i nuclei, i protoni ei neutroni sono spesso indicati come nucleoni.

I protoni furono identificati e descritti intorno al 1920 (sebbene fossero stati scoperti in precedenza; il nucleo di un atomo di idrogeno è solo un singolo protone) e i neutroni furono trovati intorno al 1933. Il fatto che protoni e neutroni siano così simili tra loro è stato compreso quasi immediatamente. Ma il fatto che abbiano una dimensione misurabile paragonabile alla dimensione del nucleo (circa 100.000 volte più piccola di un atomo di raggio) non era noto fino al 1954. Che fossero costituiti da quark, antiquark e gluoni è stato gradualmente compreso dalla metà degli anni '60 alla metà degli anni '70. Verso la fine degli anni '70 e l'inizio degli anni '80, la nostra comprensione di protoni, neutroni e di cosa sono fatti si era ampiamente stabilizzata e da allora è rimasta invariata.

I nucleoni sono molto più difficili da descrivere degli atomi o dei nuclei. Per non dire questo, ma almeno si può affermare senza esitazione che un atomo di elio è costituito da due elettroni che orbitano attorno a un minuscolo nucleo di elio; e il nucleo dell'elio è un gruppo abbastanza semplice di due neutroni e due protoni. Ma con i nucleoni, tutto non è così semplice. Ho già scritto nell'articolo "" che l'atomo sembra un elegante minuetto e il nucleone sembra una festa selvaggia.

La complessità del protone e del neutrone sembra essere reale e non deriva da una conoscenza fisica incompleta. Abbiamo equazioni usate per descrivere quark, antiquark e gluoni e le forti forze nucleari che si verificano tra di loro. Queste equazioni sono chiamate QCD, da "cromodinamica quantistica". L'accuratezza delle equazioni può essere verificata diversi modi, inclusa la misurazione del numero di particelle che appaiono al Large Hadron Collider. Sostituendo le equazioni QCD in un computer ed eseguendo calcoli sulle proprietà di protoni e neutroni, e altre particelle simili (chiamate collettivamente "adroni"), otteniamo previsioni delle proprietà di queste particelle che approssimano bene le osservazioni fatte in mondo reale. Pertanto, abbiamo motivo di credere che le equazioni QCD non mentono e che la nostra conoscenza del protone e del neutrone sia basata sulle equazioni corrette. Ma non basta avere le equazioni giuste, perché:

• In semplici equazioni può essere molto decisioni complesse,
• A volte non è possibile descrivere soluzioni complesse in modo semplice.

Per quanto ne sappiamo, questo è esattamente il caso dei nucleoni: sono soluzioni complesse di equazioni QCD relativamente semplici e non è possibile descriverle in un paio di parole o immagini.

A causa della complessità intrinseca dei nucleoni, tu, lettore, dovrai fare una scelta: quanto vuoi sapere sulla complessità descritta? Non importa quanto lontano vai, molto probabilmente non sarai soddisfatto: più impari, più comprensibile diventerà l'argomento, ma la risposta finale rimarrà la stessa: il protone e il neutrone sono molto complessi. Posso offrirti tre livelli di comprensione, con dettagli crescenti; puoi fermarti dopo qualsiasi livello e passare ad altri argomenti, oppure puoi tuffarti fino all'ultimo. Ogni livello solleva domande a cui posso rispondere in parte nel successivo, ma nuove risposte sollevano nuove domande. In sintesi, come faccio nelle discussioni professionali con colleghi e studenti avanzati, posso solo fare riferimento a dati provenienti da esperimenti reali, vari argomenti teorici influenti e simulazioni al computer.

Primo livello di comprensione

Di cosa sono fatti i protoni e i neutroni?

Riso. 1: una versione semplificata di protoni, composta solo da due quark up e uno down, e neutroni, costituiti solo da due quark down e uno up

Per semplificare le cose, molti libri, articoli e siti web affermano che i protoni sono costituiti da tre quark (due su e uno giù) e disegnano qualcosa come una figura. 1. Il neutrone è lo stesso, costituito solo da un quark up e due down. Questa semplice immagine illustra ciò che credevano alcuni scienziati, principalmente negli anni '60. Ma divenne presto chiaro che questo punto di vista era eccessivamente semplificato al punto da non essere più corretto.

Da fonti di informazione più sofisticate, imparerai che i protoni sono costituiti da tre quark (due up e uno down) tenuti insieme da gluoni - e potrebbe apparire un'immagine simile alla Fig. 2, dove i gluoni sono disegnati come molle o stringhe che tengono i quark. I neutroni sono gli stessi, con un solo quark up e due quark down.

Riso. 2: miglioramento fig. 1 a causa dell'enfasi sull'importante ruolo della forza nucleare forte, che mantiene i quark nel protone

Non è un brutto modo di descrivere i nucleoni, poiché sottolinea l'importante ruolo della forza nucleare forte, che trattiene i quark nel protone a spese dei gluoni (allo stesso modo in cui il fotone, la particella che compone la luce, è associato alla forza elettromagnetica). Ma questo è anche fonte di confusione perché non spiega davvero cosa sono i gluoni o cosa fanno.

Ci sono ragioni per andare avanti e descrivere le cose nel modo in cui ho fatto io: un protone è composto da tre quark (due su e uno giù), un gruppo di gluoni e una montagna di coppie quark-antiquark (per lo più quark su e giù , ma ce ne sono anche di strani). Volano tutti avanti e indietro a velocità molto elevate (avvicinandosi alla velocità della luce); l'intero set è tenuto insieme dalla forte forza nucleare. L'ho mostrato in Fig. 3. I neutroni sono di nuovo gli stessi, ma con un quark up e due down; il quark che ha cambiato proprietà è indicato da una freccia.

Riso. 3: rappresentazione più realistica, sebbene non ancora ideale, di protoni e neutroni

Questi quark, antiquark e gluoni non solo corrono avanti e indietro, ma si scontrano e si trasformano l'uno nell'altro attraverso processi come l'annichilazione delle particelle (in cui un quark e un antiquark dello stesso tipo si trasformano in due gluoni, o vice versa) o assorbimento ed emissione di un gluone (in cui un quark e un gluone possono scontrarsi e produrre un quark e due gluoni, o viceversa).

Cosa fanno questi tre descrizioni generale:

• Due quark up e un quark down (più qualcos'altro) per un protone.
• Un quark up e due quark down (più qualcos'altro) per un neutrone.
• "Qualcos'altro" per i neutroni è lo stesso di "qualcos'altro" per i protoni. Cioè, i nucleoni hanno "qualcos'altro" lo stesso.
• La piccola differenza di massa tra il protone e il neutrone appare a causa della differenza di massa del quark down e del quark up.

E poiché:

• per i quark up, la carica elettrica è 2/3 e (dove e è la carica del protone, -e è la carica dell'elettrone),
• i quark down hanno una carica di -1/3e,
• i gluoni hanno carica 0,
• qualsiasi quark e il suo antiquark corrispondente hanno una carica totale pari a 0 (ad esempio, il quark anti-down ha una carica di +1/3e, quindi il quark down e l'antiquark down avranno una carica di –1/3 e +1/ 3 e = 0),

Ogni cifra assegna la carica elettrica del protone a due quark up e uno down, e "qualcos'altro" aggiunge alla carica 0. Allo stesso modo, il neutrone ha carica zero a causa di un quark up e due down:

• carica elettrica totale del protone 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• la carica elettrica totale del neutrone è 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Queste descrizioni differiscono come segue:

• quanto "qualcos'altro" all'interno del nucleone,
• cosa ci fa lì
• da dove provengono la massa e l'energia di massa (E = mc 2 , l'energia presente anche quando la particella è a riposo) del nucleone.

Poiché la maggior parte della massa di un atomo, e quindi di tutta la materia ordinaria, è contenuta in protoni e neutroni, l'ultimo punto è estremamente importante per corretta comprensione la nostra natura.

Riso. 1 dice che i quark, infatti, rappresentano un terzo di un nucleone - proprio come un protone o un neutrone rappresenta un quarto di un nucleo di elio o 1/12 di un nucleo di carbonio. Se questa immagine fosse vera, i quark nel nucleone si muoverebbero in modo relativamente lento (a velocità molto inferiori alla velocità della luce) con forze relativamente deboli che agiscono tra di loro (sebbene con una forza potente che li tiene in posizione). La massa del quark, su e giù, sarebbe quindi dell'ordine di 0,3 GeV/c 2 , circa un terzo della massa di un protone. Ma questa è un'immagine semplice e le idee che impone sono semplicemente sbagliate.

Riso. 3. dà un'idea completamente diversa del protone, come un calderone di particelle che lo attraversano a velocità vicine a quella della luce. Queste particelle entrano in collisione tra loro e in queste collisioni alcune di esse si annichilano e altre si creano al loro posto. I gluoni non hanno massa, le masse dei quark superiori sono circa 0,004 GeV/c 2 e le masse dei quark inferiori sono circa 0,008 GeV/c 2 - centinaia di volte inferiori a un protone. Da dove viene l'energia di massa del protone, la questione è complessa: parte di essa deriva dall'energia della massa di quark e antiquark, parte deriva dall'energia di movimento di quark, antiquark e gluoni e parte (possibilmente positiva , possibilmente negativo) dall'energia immagazzinata nell'interazione nucleare forte, tenendo insieme quark, antiquark e gluoni.

In un certo senso, la Fig. 2 cerca di eliminare la differenza tra la fig. 1 e fig. 3. Semplifica il riso. 3, rimuovendo molte coppie quark-antiquark, che, in linea di principio, possono essere chiamate effimere, poiché sorgono e scompaiono costantemente e non sono necessarie. Ma dà l'impressione che i gluoni nei nucleoni siano una parte diretta della forte forza nucleare che trattiene i protoni. E non spiega da dove provenga la massa del protone.

Alla fig. 1 presenta un altro inconveniente, oltre ai frame stretti del protone e del neutrone. Non spiega alcune delle proprietà di altri adroni, come il pione e il mesone rho. Gli stessi problemi esistono in Fig. 2.

Queste restrizioni hanno portato al fatto che offro ai miei studenti e sul mio sito web un'immagine dalla fig. 3. Ma voglio avvertirti che ha anche molti limiti, che considererò più avanti.

Si noti che l'estrema complessità della struttura, implicita in Fig. 3 ci si può aspettare da un oggetto tenuto insieme da una forza così potente come la forza nucleare forte. E un'altra cosa: tre quark (due su e uno giù per un protone) che non fanno parte di un gruppo di coppie quark-antiquark sono spesso chiamati "quark di valenza", e coppie di quark-antiquark sono chiamate "mare di ​coppie di quark." Tale linguaggio è tecnicamente conveniente in molti casi. Ma dà la falsa impressione che se potessi guardare all'interno del protone e guardare un particolare quark, potresti immediatamente dire se faceva parte del mare o di una valenza. Questo non può essere fatto, semplicemente non esiste un modo del genere.

Massa del protone e massa del neutrone

Poiché le masse del protone e del neutrone sono così simili, e poiché il protone e il neutrone differiscono solo per la sostituzione di un quark up con un quark down, sembra probabile che le loro masse siano fornite allo stesso modo, provengano dalla stessa sorgente , e la loro differenza sta nella leggera differenza tra i quark up e down. . Ma le tre figure sopra mostrano che ci sono tre punti di vista molto diversi sull'origine della massa del protone.

Riso. 1 dice che i quark up e down costituiscono semplicemente 1/3 della massa del protone e del neutrone: circa 0,313 GeV/c 2 , oa causa dell'energia necessaria per mantenere i quark nel protone. E poiché la differenza tra le masse di un protone e di un neutrone è una frazione di percentuale, anche la differenza tra le masse di un quark up e down deve essere una frazione di percentuale.

Riso. 2 è meno chiaro. Quale frazione della massa di un protone esiste a causa dei gluoni? Ma, in linea di principio, dalla figura risulta che la maggior parte della massa del protone proviene ancora dalla massa dei quark, come in Fig. uno.

Riso. 3 riflette un approccio più sottile a come si ottiene effettivamente la massa del protone (come possiamo verificare direttamente attraverso i calcoli del computer del protone, e non usando direttamente altri metodi matematici). È molto diverso dalle idee presentate in Fig. 1 e 2, e risulta non essere così semplice.

Per capire come funziona, bisogna pensare non in termini di massa m del protone, ma in termini di energia di massa E = mc 2 , l'energia associata alla massa. Concettualmente domanda giusta non sarà "da dove viene la massa del protone m", dopo di che puoi calcolare E moltiplicando m per c 2 , ma viceversa: "da dove viene l'energia della massa del protone E", dopo di che puoi calcolare la massa m dividendo E per c 2 .

È utile classificare i contributi all'energia di massa del protone in tre gruppi:

A) L'energia di massa (energia di riposo) dei quark e degli antiquark in essa contenuti (gluoni, particelle prive di massa, non danno alcun contributo).
B) Energia di moto (energia cinetica) di quark, antiquark e gluoni.
C) L'energia di interazione (energia di legame o energia potenziale) immagazzinata nell'interazione nucleare forte (più precisamente, nei campi di gluoni) che contiene il protone.

Riso. 3 dice che le particelle all'interno del protone si muovono ad alta velocità, e che è pieno di gluoni senza massa, quindi il contributo di B) è maggiore di A). Di solito, nella maggior parte dei sistemi fisici, B) e C) sono comparabili, mentre C) è spesso negativo. Quindi l'energia di massa del protone (e del neutrone) è principalmente derivata dalla combinazione di B) e C), con A) che contribuisce con una piccola frazione. Pertanto, le masse del protone e del neutrone appaiono principalmente non a causa delle masse delle particelle in esse contenute, ma a causa delle energie di movimento di queste particelle e dell'energia della loro interazione associata ai campi di gluoni che generano le forze che trattengono il protone. Nella maggior parte degli altri sistemi che conosciamo, l'equilibrio delle energie è distribuito in modo diverso. Ad esempio, in atomi e in sistema solare A domina), mentre B) e C) sono molto più piccole e di dimensioni comparabili.

Riassumendo, segnaliamo che:

• Riso. 1 suggerisce che l'energia di massa del protone derivi dal contributo A).
• Riso. 2 suggerisce che entrambi i contributi A) e C) sono importanti e B) fornisce un piccolo contributo.
• Riso. 3 suggerisce che B) e C) sono importanti, mentre il contributo di A) è trascurabile.

Sappiamo che il riso è corretto. 3. Per verificarlo, possiamo effettuare simulazioni al computer e, soprattutto, grazie a vari convincenti argomenti teorici, sappiamo che se le masse dei quark up e down fossero zero (e tutto il resto rimanesse com'è), la massa del protone difficilmente cambierebbe. Quindi, a quanto pare, le masse dei quark non possono dare importanti contributi alla massa del protone.

Se la fig. 3 non sta mentendo, le masse del quark e dell'antiquark sono molto piccole. Come sono veramente? La massa del quark top (così come dell'antiquark) non supera 0,005 GeV/c 2 , che è molto inferiore a 0,313 GeV/c 2 , che segue dalla Fig. 1. (La massa di un quark up è difficile da misurare e varia a causa di effetti sottili, quindi potrebbe essere molto inferiore a 0,005 GeV/c2). La massa del quark inferiore è di circa 0,004 GeV/c 2 maggiore della massa del quark superiore. Ciò significa che la massa di qualsiasi quark o antiquark non supera l'uno per cento della massa di un protone.

Si noti che questo significa (contrariamente alla Fig. 1) che il rapporto tra la massa del quark down e il quark up non si avvicina all'unità! La massa del quark down è almeno il doppio di quella del quark up. La ragione per cui le masse del neutrone e del protone sono così simili non è che le masse dei quark up e down sono simili, ma che le masse dei quark up e down sono molto piccole - e la differenza tra loro è piccola, rispetto alle masse del protone e del neutrone. Ricordiamo che per convertire un protone in un neutrone, è sufficiente sostituire uno dei suoi quark up con un quark down (Figura 3). Questo cambiamento è sufficiente per rendere il neutrone leggermente più pesante del protone e cambiarne la carica da +e a 0.

A proposito, il fatto che diverse particelle all'interno di un protone si scontrino tra loro e appaiano e scompaiano costantemente non influisce sulle cose di cui stiamo discutendo: l'energia si conserva in ogni collisione. L'energia della massa e l'energia del movimento di quark e gluoni possono cambiare, così come l'energia della loro interazione, ma l'energia totale del protone non cambia, sebbene tutto al suo interno cambi costantemente. Quindi la massa di un protone rimane costante, nonostante il suo vortice interno.

A questo punto, puoi fermarti e assorbire le informazioni ricevute. Sorprendente! Praticamente tutta la massa contenuta nella materia ordinaria deriva dalla massa dei nucleoni negli atomi. E la maggior parte di questa massa deriva dal caos inerente al protone e al neutrone - dall'energia del movimento di quark, gluoni e antiquark nei nucleoni e dall'energia del lavoro delle forti interazioni nucleari che mantengono il nucleone nel suo intero stato. Sì: il nostro pianeta, i nostri corpi, il nostro respiro sono il risultato di un pandemonio così tranquillo e, fino a poco tempo fa, inimmaginabile.

Come già notato, l'atomo è costituito da tre tipi di particelle elementari: protoni, neutroni ed elettroni. Il nucleo atomico è la parte centrale dell'atomo, costituita da protoni e neutroni. Protoni e neutroni hanno nome comune nucleone, nel nucleo possono trasformarsi l'uno nell'altro. Il nucleo dell'atomo più semplice - l'atomo di idrogeno - è costituito da una particella elementare: il protone.

Il diametro del nucleo di un atomo è di circa 10-13 - 10-12 cm ed è 0,0001 del diametro dell'atomo. Tuttavia, quasi l'intera massa di un atomo (99,95-99,98%) è concentrata nel nucleo. Se fosse possibile ottenere 1 cm3 di materia nucleare pura, la sua massa sarebbe di 100-200 milioni di tonnellate. La massa del nucleo di un atomo è diverse migliaia di volte maggiore della massa di tutti gli elettroni che compongono l'atomo.

Protone- una particella elementare, il nucleo di un atomo di idrogeno. La massa di un protone è 1,6721 x 10-27 kg, è 1836 volte la massa di un elettrone. La carica elettrica è positiva e pari a 1,66 x 10-19 C. Un coulomb è un'unità di carica elettrica pari alla quantità di elettricità che passa sezione trasversale conduttore per un tempo di 1 s con una forza di corrente costante di 1 A (ampere).

Ogni atomo di qualsiasi elemento contiene nel nucleo un certo numero protoni. Questo numero è costante per dato elemento e ne definisce il fisico e Proprietà chimiche. Cioè, il numero di protoni dipende dall'elemento chimico con cui abbiamo a che fare. Ad esempio, se un protone nel nucleo è idrogeno, se 26 protoni sono ferro. Il numero di protoni nel nucleo atomico determina la carica del nucleo (numero di carica Z) e il numero di serie dell'elemento nel sistema periodico degli elementi D.I. Mendeleev (numero atomico dell'elemento).

Neutrone- una particella elettricamente neutra con una massa di 1,6749 x 10-27 kg, 1839 volte la massa di un elettrone. Un neurone allo stato libero è una particella instabile; si trasforma autonomamente in un protone con l'emissione di un elettrone e un antineutrino. L'emivita dei neutroni (il tempo durante il quale la metà del numero originale di neutroni decade) è di circa 12 minuti. Tuttavia, nel stato vincolato stabile all'interno nuclei atomiciè stabile. Numero totale nucleoni (protoni e neutroni) nel nucleo è chiamato numero di massa (massa atomica - A). Il numero di neutroni che compongono il nucleo è uguale alla differenza tra i numeri di massa e di carica: N = A - Z.

elettrone- una particella elementare, portatrice della massa più piccola - 0,91095x10-27g e la più piccola carica elettrica - 1,6021x10-19 C. Questa è una particella carica negativamente. Il numero di elettroni in un atomo è uguale al numero di protoni nel nucleo, cioè l'atomo è elettricamente neutro.

Positrone- una particella elementare con carica elettrica positiva, un'antiparticella rispetto a un elettrone. La massa di un elettrone e di un positrone sono uguali e le cariche elettriche sono uguali in valore assoluto, ma di segno opposto.

Diversi tipi di nuclei sono chiamati nuclidi. Nuclide - una specie di atomi con un determinato numero di protoni e neutroni. In natura esistono atomi dello stesso elemento con diverse masse atomiche (numeri di massa):
, Cl, ecc. I nuclei di questi atomi contengono lo stesso numero protoni, ma numero diverso neutroni. Varietà di atomi dello stesso elemento che hanno la stessa carica nucleare, ma differenti numero di Massa, sono chiamati isotopi . Avendo lo stesso numero di protoni, ma differendo per il numero di neutroni, gli isotopi hanno la stessa struttura dei gusci di elettroni, cioè proprietà chimiche molto simili e occupano lo stesso posto nella tavola periodica degli elementi chimici.

Sono indicati dal simbolo dell'elemento chimico corrispondente con l'indice A situato in alto a sinistra: il numero di massa, a volte il numero di protoni (Z) è indicato anche in basso a sinistra. Ad esempio, gli isotopi radioattivi del fosforo sono indicati rispettivamente con 32P, 33P o P e P. Quando si designa un isotopo senza indicare il simbolo dell'elemento, il numero di massa viene fornito dopo la designazione dell'elemento, ad esempio fosforo - 32, fosforo - 33.

La maggior parte degli elementi chimici ha diversi isotopi. Oltre all'isotopo di idrogeno 1H-protio, sono noti idrogeno pesante 2H-deuterio e idrogeno superpesante 3H-trizio. L'uranio ha 11 isotopi, composti naturali ce ne sono tre (uranio 238, uranio 235, uranio 233). Hanno rispettivamente 92 protoni e 146.143 e 141 neutroni.

Attualmente sono noti più di 1900 isotopi di 108 elementi chimici. Di questi, gli isotopi naturali comprendono tutti gli isotopi stabili (ce ne sono circa 280) e naturali che fanno parte di famiglie radioattive (ce ne sono 46). Il resto sono artificiali, sono ottenuti artificialmente a seguito di varie reazioni nucleari.

Il termine "isotopi" dovrebbe essere usato solo quando noi stiamo parlando su atomi dello stesso elemento, ad esempio carbonio 12C e 14C. Se si intendono atomi di elementi chimici diversi, si consiglia di utilizzare il termine "nuclidi", ad esempio radionuclidi 90Sr, 131J, 137Cs.

Primo capitolo. PROPRIETA' DEI NUCLEI STABILI

Si è già detto sopra che il nucleo è costituito da protoni e neutroni legati da forze nucleari. Se misuriamo la massa del nucleo in unità di massa atomica, allora dovrebbe essere vicino alla massa del protone moltiplicata per un numero intero chiamato numero di massa. Se la carica del nucleo e il numero di massa, significa che la composizione del nucleo include protoni e neutroni. (Il numero di neutroni in un nucleo è solitamente indicato con

Queste proprietà del nucleo si riflettono nella notazione simbolica, che verrà utilizzata più avanti nella forma

dove X è il nome dell'elemento a cui appartiene il nucleo (ad esempio nuclei: elio - , ossigeno - , ferro - uranio

Le principali caratteristiche dei nuclei stabili includono: carica, massa, raggio, momenti meccanici e magnetici, spettro degli stati eccitati, parità e momento di quadrupolo. I nuclei radioattivi (instabili) sono inoltre caratterizzati dalla loro durata, dal tipo di trasformazioni radioattive, dall'energia delle particelle emesse e da una serie di altre proprietà speciali, che verranno discusse di seguito.

Consideriamo innanzitutto le proprietà delle particelle elementari che compongono il nucleo: protone e neutrone.

§ 1. PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEL PROTONE E DEL NEUTRONE

Il peso. In unità di massa dell'elettrone: la massa del protone è la massa del neutrone.

In unità di massa atomica: massa del protone massa del neutrone

In unità di energia, la massa a riposo del protone è la massa a riposo del neutrone

Carica elettrica. q è un parametro che caratterizza l'interazione di una particella con campo elettrico, è espresso in unità di carica elettronica dove

Tutte le particelle elementari trasportano una quantità di elettricità uguale a 0 o La carica del protone La carica del neutrone è zero.

Rotazione. Gli spin del protone e del neutrone sono uguali, entrambe le particelle sono fermioni e obbediscono alla statistica di Fermi-Dirac, e quindi al principio di Pauli.

momento magnetico. Se sostituiamo nella formula (10), che determina il momento magnetico dell'elettrone invece della massa dell'elettrone, la massa del protone, otteniamo

La quantità è chiamata magnetone nucleare. Si potrebbe presumere per analogia con l'elettrone che il momento magnetico di spin del protone sia uguale, tuttavia l'esperienza ha dimostrato che il momento magnetico intrinseco del protone è maggiore del magnetone nucleare: secondo dati moderni

Inoltre, si è scoperto che una particella senza carica - un neutrone - ha anche un momento magnetico diverso da zero e uguale a

La presenza di un momento magnetico nel neutrone e così via Grande importanza il momento magnetico del protone contraddice le ipotesi sulla natura puntiforme di queste particelle. Una serie di dati sperimentali ottenuti in l'anno scorso, indica che sia il protone che il neutrone hanno una struttura complessa e disomogenea. Allo stesso tempo, una carica positiva si trova al centro del neutrone e alla periferia c'è una carica negativa uguale ad essa in grandezza, distribuita nel volume della particella. Ma poiché il momento magnetico è determinato non solo dall'entità della corrente che scorre, ma anche dall'area da essa coperta, i momenti magnetici da loro creati non saranno uguali. Pertanto, un neutrone può avere un momento magnetico pur rimanendo generalmente neutro.

Mutui trasformazioni di nucleoni. La massa di un neutrone è maggiore della massa di un protone dello 0,14%, o 2,5 masse di elettroni,

In uno stato libero, un neutrone decade in un protone, un elettrone e un antineutrino: la sua vita media è di circa 17 minuti.

Il protone è una particella stabile. Tuttavia, all'interno del nucleo, può trasformarsi in un neutrone; mentre la reazione procede secondo lo schema

La differenza di massa delle particelle che stanno a sinistra ea destra è compensata dall'energia impartita al protone da altri nucleoni del nucleo.

Il protone e il neutrone hanno gli stessi spin, quasi le stesse masse e possono trasformarsi l'uno nell'altro. Si mostrerà più avanti che anche le forze nucleari che agiscono tra queste particelle a coppie sono le stesse. Per questo sono chiamati denominazione comune- nucleone e dicono che il nucleone può trovarsi in due stati: protone e neutrone, che differiscono nella loro relazione con il campo elettromagnetico.

Neutroni e protoni interagiscono a causa dell'esistenza di forze nucleari, che sono di natura non elettrica. Le forze nucleari devono la loro origine allo scambio di mesoni. Se descriviamo la dipendenza dell'energia potenziale dell'interazione di un protone e un neutrone a bassa energia dalla distanza tra loro, allora approssimativamente sembrerà un grafico mostrato in Fig. 5a, cioè ha la forma di un pozzo potenziale.

Riso. Fig. 5. Dipendenza dell'energia potenziale di interazione dalla distanza tra nucleoni: a - per coppie neutrone-neutrone o neutrone-protone; b - per una coppia di protone - protone

§uno. Incontra l'elettrone, il protone, il neutrone

Gli atomi sono le particelle più piccole della materia.
Se ingrandito a globo una mela di media grandezza, quindi gli atomi diventeranno solo delle dimensioni di una mela. Nonostante le dimensioni così ridotte, l'atomo è costituito da particelle fisiche ancora più piccole.
Dovresti già avere familiarità con la struttura dell'atomo dal corso di fisica della scuola. Eppure ricordiamo che l'atomo contiene un nucleo ed elettroni che ruotano attorno al nucleo così rapidamente da diventare indistinguibili: formano una "nuvola di elettroni", o guscio di elettroni atomo.

Elettroniè solitamente indicato come segue: e − . Elettroni e- molto leggeri, quasi senza peso, ma ce l'hanno negativo carica elettrica. È uguale a -1. Elettricità, che tutti usiamo è un flusso di elettroni che scorre in fili.

nucleo dell'atomo, in cui è concentrata quasi tutta la sua massa, è costituita da particelle di due tipi: neutroni e protoni.

neutroni indicato come segue: n 0 , un protoni Così: p + .
Per massa, neutroni e protoni sono quasi gli stessi: 1,675 10 −24 g e 1,673 10 −24 g.
È vero, è molto scomodo contare la massa di particelle così piccole in grammi, quindi è espressa in unità di carbonio, ognuno dei quali è pari a 1.673 10 −24 g.
Per ogni particella ottenere massa atomica relativa, uguale al quoziente di divisione della massa di un atomo (in grammi) per la massa di un'unità di carbonio. parente masse atomiche protone e neutrone sono uguali a 1, ma la carica dei protoni è positiva e uguale a +1, mentre i neutroni non hanno carica.

. Enigmi sull'atomo

Un atomo può essere assemblato "nella mente" da particelle, come un giocattolo o un'auto da parti costruttore di bambini. È solo necessario osservare due condizioni importanti.

• Prima condizione: ogni tipo di atomo ha il suo proprio set"particolari" - particelle elementari. Ad esempio, un atomo di idrogeno avrà necessariamente un nucleo con una carica positiva di +1, il che significa che deve avere sicuramente un protone (e non di più).
  Un atomo di idrogeno può anche contenere neutroni. Maggiori informazioni su questo nel prossimo paragrafo.
  L'atomo di ossigeno (il numero di serie nel sistema periodico è 8) avrà un nucleo carico otto cariche positive (+8), il che significa che ci sono otto protoni. Poiché la massa di un atomo di ossigeno è di 16 unità relative, per ottenere un nucleo di ossigeno, aggiungeremo altri 8 neutroni.
• Seconda condizioneè che ogni atomo è elettricamente neutro. Per fare ciò, deve avere abbastanza elettroni per bilanciare la carica del nucleo. In altre parole, il numero di elettroni in un atomo è uguale al numero di protoni al suo interno, e il numero di serie di questo elemento nel sistema periodico.