Lielā naftas un gāzes enciklopēdija. Elementārās daļiņas

Vesels materiālā pasaule, saskaņā ar mūsdienu fiziku, ir veidots no trim elementārdaļiņām: protona, neitrona un elektrona. Turklāt, saskaņā ar zinātni, Visumā ir arī citas "elementāras" matērijas daļiņas, kuru daži nosaukumi nepārprotami pārsniedz normu. Tajā pašā laikā šo citu "elementārdaļiņu" funkcija Visuma pastāvēšanā un evolūcijā nav skaidra.

Apsveriet citu elementārdaļiņu interpretāciju:

Ir tikai viens elementārdaļiņa matērija ir protons. Visas pārējās "elementārdaļiņas", ieskaitot neitronu un elektronu, ir tikai protona atvasinājumi, un tām ir ļoti pieticīga loma Visuma evolūcijā. Apskatīsim, kā veidojas šādas "elementārdaļiņas".

Mēs sīki izskatījām elementārās vielas daļiņas struktūru rakstā "". Īsi par elementārdaļiņu:

• Vielas elementārdaļiņai telpā ir iegarena pavediena forma.
• Elementārdaļiņa spēj izstiepties. Stiepšanās procesā vielas blīvums elementārdaļiņās krītas.
• Elementārdaļiņas posmu, kur vielas blīvums samazinās uz pusi, mēs saucām matērijas kvants .
• Kustības procesā elementārdaļiņa nepārtraukti absorbē (salocās, ) enerģiju.
• Enerģijas absorbcijas punkts ( iznīcināšanas punkts ) atrodas elementārdaļiņas kustības vektora galā.
• Precīzāk: uz matērijas aktīvā kvanta gala.
• Absorbējot enerģiju, elementārdaļiņa nepārtraukti palielina kustības uz priekšu ātrumu.
• Vielas elementārdaļiņa ir dipols. Kurā pievilcīgie spēki ir koncentrēti daļiņas priekšējā daļā (kustības virzienā), bet atgrūšanas spēki ir koncentrēti aizmugurē.

Īpašība būt elementāram telpā teorētiski nozīmē iespēju samazināt vielas blīvumu līdz nullei. Un tas savukārt nozīmē tās mehāniskā pārrāvuma iespējamību: elementārās vielas daļiņas plīsuma vietu var attēlot kā tās posmu ar nulles matērijas blīvumu.

Iznīcināšanas (enerģijas absorbcijas) procesā elementārdaļiņa, locīšanas enerģija, nepārtraukti palielina savas translācijas kustības ātrumu telpā.

Galu galā galaktikas evolūcija noved pie matērijas elementārdaļiņām līdz brīdim, kad tās kļūst spējīgas iedarboties viena uz otru. Elementārdaļiņas var nesatikties paralēlos virzienos, kad viena daļiņa lēni un vienmērīgi tuvojas otrai, piemēram, kuģis pie mola. Viņi var satikties telpā un pretējās trajektorijās. Tad smaga sadursme un rezultātā elementārdaļiņas lūzums ir gandrīz neizbēgama. Viņi var nokļūt zem ļoti spēcīga enerģijas perturbācijas viļņa, kas arī noved pie pārrāvuma.

Kas var būt vielas elementārdaļiņas plīsuma rezultātā radušies "gruži"?

Apskatīsim gadījumu, kad ārējas ietekmes rezultātā no matērijas elementārdaļiņām - deitērija atoms - sadalījās protonā un neitronā.

Pāra struktūras plīsums nenotiek to savienojuma vietā -. Viena no divām pāra struktūras elementārdaļiņām saplīst.

Protoni un neitroni atšķiras viens no otra pēc savas struktūras.

• Protons ir nedaudz saīsināta (pēc pārtraukuma) elementārdaļiņa,
• neitrons - struktūra, kas sastāv no vienas pilnvērtīgas elementārdaļiņas un "celma" - pirmās daļiņas priekšējā, gaišā gala.

Pilnvērtīgai elementārdaļiņai ir pilns komplekts - "N" matērijas kvanti savā sastāvā. Protonam ir "N-n" matērijas kvanti. Neitronam ir "N + n" kvanti.

Protona uzvedība ir skaidra. Pat zaudējis matērijas galīgos kvantus, viņš aktīvi turpina enerģiju: viņa jaunā gala kvanta matērijas blīvums vienmēr atbilst iznīcināšanas apstākļiem. Šis jaunais galīgais matērijas kvants kļūst par jaunu iznīcināšanas punktu. Kopumā protons darbojas, kā paredzēts. Protonu īpašības ir labi aprakstītas jebkurā fizikas mācību grāmatā. Tikai tas kļūs nedaudz vieglāks par savu "pilnvērtīgo" līdzinieku - pilnvērtīgu matērijas elementārdaļiņu.

Neitrons uzvedas savādāk. Vispirms apsveriet neitrona struktūru. Tā ir tā struktūra, kas izskaidro tās "dīvainumu".

Būtībā neitrons sastāv no divām daļām. Pirmā daļa ir pilnvērtīga elementāra matērijas daļiņa ar anihilācijas punktu tās priekšgalā. Otrā daļa ir stipri saīsināts, viegls pirmās elementārdaļiņas "celms", kas palicis pēc dubultās struktūras pārrāvuma un ar arī anihilācijas punktu. Šīs divas daļas ir savstarpēji saistītas ar iznīcināšanas punktiem. Tādējādi neitronam ir dubultā anihilācijas punkts.

Domāšanas loģika liecina, ka šīs divas svērtās neirona daļas izturēsies atšķirīgi. Ja pirmā daļa, kas ir pilna svara elementārdaļiņa, kā paredzēts, iznīcinās brīvo enerģiju un pakāpeniski paātrinās Visuma telpā, tad otrā, vieglā daļa sāks iznīcināt brīvo enerģiju ar lielāku ātrumu.

Vielas elementārdaļiņas kustība telpā notiek tāpēc, ka: izkliedējošā enerģija velk daļiņu, kas iekritusi tās plūsmās. Ir skaidrs, ka jo mazāk masīva ir matērijas daļiņa, jo vieglāk enerģijas plūsmām ir vilkt šo daļiņu sev līdzi, jo lielāks ir šīs daļiņas ātrums. Ir skaidrs, ka kas liels daudzums enerģiju vienlaikus saloka aktīvs kvants, jo jaudīgākas ir izkliedējošās enerģijas plūsmas, jo vieglāk šīm plūsmām ir vilkt sev līdzi daļiņu. Mēs iegūstam atkarību: Vielas daļiņas translācijas kustības ātrums telpā ir proporcionāls tās aktīvā kvanta matērijas masai un ir apgriezti proporcionāls vielas daļiņas kopējai masai :

Otrajai, vieglajai neitrona daļai ir masa, kas ir daudzkārt mazāka par pilnas masas elementārdaļiņas masu. Bet to aktīvo kvantu masas ir vienādas. Tas ir: tie iznīcina enerģiju tādā pašā ātrumā. Mēs iegūstam: neitrona otrās daļas translācijas kustības ātrumam būs tendence strauji pieaugt, un tas sāks ātrāk iznīcināt enerģiju. (Lai neradītu neskaidrības, otro, vieglo neitrona daļu sauksim par elektronu).

neitrona rasējums

Strauji pieaugošais enerģijas daudzums, ko vienlaikus iznīcina elektrons, kamēr tas atrodas neitrona sastāvā, noved pie neitrona inerces. Elektrons sāk iznīcināt vairāk enerģijas nekā tā "kaimiņš" - pilnvērtīga elementārdaļiņa. Tas vēl nevar atrauties no kopējā neitronu iznīcināšanas punkta: traucē spēcīgi pievilkšanas spēki. Rezultātā elektrons sāk "ēst" aiz kopējā anihilācijas punkta.

Tajā pašā laikā elektrons sāk pārvietoties attiecībā pret savu partneri un tā kondensāciju bezmaksas enerģija ietilpst sava kaimiņa iznīcināšanas punkta diapazonā. Kas uzreiz sāk "ēst" šo sabiezējumu. Šāda elektrona un pilnvērtīgas daļiņas pārslēgšanās uz "iekšējiem" resursiem - brīvās enerģijas kondensācija aiz iznīcināšanas punkta - noved pie neitrona pievilkšanas un atgrūšanas spēku strauja krituma.

Elektrona atslāņošanās no neitrona vispārējās struktūras notiek brīdī, kad elektrona pārvietojums attiecībā pret pilnas masas elementārdaļiņu kļūst pietiekami liels, spēks, kuram ir tendence saraut divu iznīcināšanas punktu pievilkšanās saites, sāk pārsniegt. šo iznīcināšanas punktu pievilkšanās spēks, un otrā, vieglā neitrona daļa (elektrons) ātri aizlido.

Rezultātā neitrons sadalās divās vienībās: pilnvērtīgā elementārdaļiņā - protonā un vieglā, saīsinātā vielas elementārdaļiņas daļā - elektronā.

Saskaņā ar mūsdienu datiem viena neitrona struktūra pastāv apmēram piecpadsmit minūtes. Pēc tam tas spontāni sadalās protonā un elektronā. Šīs piecpadsmit minūtes ir elektrona pārvietošanās laiks attiecībā pret neitrona kopējo iznīcināšanas punktu un tā cīņa par savu "brīvību".

Apkoposim dažus rezultātus:

• PROTONS ir pilnvērtīga matērijas elementārdaļiņa ar vienu iznīcināšanas punktu jeb smaga elementārdaļiņas daļa, kas paliek pēc gaismas kvantu atdalīšanas no tās.
• NEITRONS ir dubultā struktūra, kurai ir divi iznīcināšanas punkti un kas sastāv no vielas elementārdaļiņas un citas elementāras vielas priekšējās daļas.
• ELEKTRONS - matērijas elementārdaļiņas priekšējā daļa, kurai ir viens iznīcināšanas punkts, kas sastāv no gaismas kvantiem, izveidojusies matērijas elementārdaļiņas plīsuma rezultātā.
• Zinātnes atzītā "protonu-neitronu" struktūra ir DEITĒRIJA ATOMS, divu elementārdaļiņu struktūra, kurai ir dubults iznīcināšanas punkts.

Elektrons nav neatkarīga elementārdaļiņa, kas griežas ap atoma kodolu.

Elektrons, kā to uzskata zinātne, neatrodas atoma sastāvā.

Un atoma kodols kā tāds dabā neeksistē, tāpat kā nav neitrona neatkarīgas elementārdaļiņas formā.

Gan elektrons, gan neitrons ir divu elementārdaļiņu pāra struktūras atvasinājumi pēc tam, kad tas ārējas ietekmes rezultātā tiek sadalīts divās nevienlīdzīgās daļās. Jebkura ķīmiskā elementa atoma sastāvā protons un neitrons ir standarta pāra struktūra - divas pilnas masas vielas elementārdaļiņas - divi protoni, kurus apvieno anihilācijas punkti.

Mūsdienu fizikā pastāv nesatricināma nostāja, ka protonam un elektronam ir vienādi, bet pretēji elektriskie lādiņi. Domājams, ka šo pretējo lādiņu mijiedarbības rezultātā tie tiek piesaistīti viens otram. Diezgan loģisks skaidrojums. Tas pareizi atspoguļo parādības mehānismu, bet tas ir pilnīgi nepareizi - tā būtību.

Elementārdaļiņām nav ne pozitīvu, ne negatīvu "elektrisko" lādiņu, tāpat kā nav īpašas vielas formas "elektriskā lauka" formā. Šāda "elektrība" ir cilvēka izgudrojums, ko izraisījusi viņa nespēja izskaidrot esošo lietu stāvokli.

"Elektriķi" un elektronu viens otram faktiski rada enerģijas plūsmas, kas vērstas uz to iznīcināšanas punktiem, to kustības uz priekšu rezultātā Visuma telpā. Kad tie nonāk viens otra pievilkšanās spēku darbības zonā. Tas patiešām izskatās kā mijiedarbība, kuras lielums ir vienāds, bet pretēji elektriskie lādiņi.

"līdzīgi elektriskie lādiņi", piemēram: diviem protoniem vai diviem elektroniem arī ir atšķirīgs skaidrojums. Atgrūšana notiek, kad viena no daļiņām nonāk citas daļiņas atgrūdošo spēku darbības zonā - tas ir, enerģijas kondensācijas zonā aiz tās iznīcināšanas punkta. Mēs to apskatījām iepriekšējā rakstā.

Arī mijiedarbībai "protons - antiprotons", "elektrons - pozitrons" ir cits skaidrojums. Ar šādu mijiedarbību mēs saprotam protonu vai elektronu gara mijiedarbību, kad tie virzās uz sadursmes kursu. Šajā gadījumā, pateicoties to mijiedarbībai tikai ar pievilcību (nav atgrūšanas, jo katra no tām atgrūšanas zona atrodas aiz viņiem), rodas viņu cietais kontakts. Rezultātā divu protonu (elektronu) vietā mēs iegūstam pilnīgi atšķirīgas “elementārdaļiņas”, kas patiesībā ir šo divu protonu (elektronu) stingrās mijiedarbības atvasinājumi.

Vielu atomu struktūra. Atomu modelis

Apsveriet atoma struktūru.

Neitrons un elektrons - kā matērijas elementārdaļiņas - neeksistē. Tas ir tas, ko mēs apspriedām iepriekš. Attiecīgi: nav atoma kodola un tā elektronu apvalka. Šī kļūda ir spēcīgs šķērslis turpmākai vielas struktūras izpētei.

Vienīgā matērijas elementārdaļiņa ir tikai protons. Jebkura ķīmiskā elementa atoms sastāv no divu elementāru matērijas daļiņu pāra struktūrām (izņemot izotopus, kur pāra struktūrai pievieno vairāk elementārdaļiņu).

Mūsu tālākai argumentācijai ir jāapsver kopīga iznīcināšanas punkta jēdziens.

Vielas elementārdaļiņas mijiedarbojas viena ar otru, izmantojot iznīcināšanas punktus. Šīs mijiedarbības rezultātā veidojas materiālās struktūras: atomi, molekulas, fiziskie ķermeņi... Kam ir kopīgs atomu iznīcināšanas punkts, kopīgs molekulu iznīcināšanas punkts...

VISPĀRĒJS Iznīcināšanas punkts - ir divu atsevišķu elementārdaļiņu iznīcināšanas punktu savienojums pāra struktūras kopīgā iznīcināšanas punktā vai kopīgu pāru struktūru anihilācijas punktu kopīgā ķīmiskā elementa atoma anihilācijas punktā jeb kopējā anihilācijas punktā. atomu punkti ķīmiskie elementi– uz kopējo molekulārās anihilācijas punktu .

Šeit galvenais ir tas, ka matērijas daļiņu savienība darbojas kā pievilcība un atgrūšana kā vienots neatņemams objekts. Galu galā pat jebkuru fizisko ķermeni var attēlot kā kopīgu šī fiziskā ķermeņa iznīcināšanas punktu: šis ķermenis piesaista citus fiziskos ķermeņus kā vienotu, neatņemamu fizisku objektu, kā vienotu iznīcināšanas punktu. Šajā gadījumā mēs iegūstam gravitācijas parādības - pievilkšanos starp fiziskajiem ķermeņiem.

Galaktikas attīstības cikla fāzē, kad pievilkšanās spēki kļūst pietiekami lieli, sākas deitērija atomu apvienošanās citu atomu struktūrās. Ķīmisko elementu atomi veidojas secīgi, palielinoties matērijas elementārdaļiņu translācijas kustības ātrumam (lasi: palielinās galaktikas translācijas kustības ātrums Visuma telpā), piestiprinoties jaunām elementārdaļiņu pāru struktūrām. no vielas līdz deitērija atomam.

Apvienošanās notiek secīgi: katrā jaunā atomā parādās viena jauna matērijas elementārdaļiņu pāra struktūra (retāk viena elementārdaļiņa). Kas dod mums deitērija atomu kombināciju citu atomu struktūrā:

1. Parādās kopīgs atoma iznīcināšanas punkts. Tas nozīmē, ka mūsu atoms mijiedarbosies ar piesaisti un atgrūšanos ar visiem pārējiem atomiem un elementārdaļiņām kā vienota neatņemama struktūra.
2. Parādās atoma telpa, kuras iekšpusē brīvās enerģijas blīvums daudzkārt pārsniegs brīvās enerģijas blīvumu ārpus tās telpas. Ļoti augstam enerģijas blīvumam aiz viena iznīcināšanas punkta atoma telpā vienkārši nebūs laika stipri samazināties: attālumi starp elementārdaļiņām ir pārāk mazi. Vidējais brīvās enerģijas blīvums intraatomiskajā telpā ir daudzkārt lielāks par Visuma telpas brīvās enerģijas blīvuma konstantes vērtību.

Ķīmisko elementu, molekulu atomu konstrukcijā ķīmiskās vielas, fiziskos ķermeņos, izpaužas svarīgākais materiālu daļiņu un ķermeņu mijiedarbības likums:

Intrakodolu, ķīmisko, elektrisko, gravitācijas saišu stiprums ir atkarīgs no attālumiem starp anihilācijas punktiem atoma iekšienē, starp kopīgiem atomu iznīcināšanas punktiem molekulās, starp molekulu kopējiem anihilācijas punktiem fizisko ķermeņu iekšienē, starp fiziskajiem ķermeņiem. Jo mazāks attālums starp kopējiem iznīcināšanas punktiem, jo ​​spēcīgāki pievilcības spēki darbojas starp tiem.

Ir skaidrs ka:

• Ar intranukleārajām saitēm mēs saprotam mijiedarbību starp elementārdaļiņām un starp pāru struktūrām atomos.
• Ar ķīmiskajām saitēm mēs saprotam mijiedarbību starp atomiem molekulu struktūrā.
• Ar elektriskiem savienojumiem mēs saprotam molekulu mijiedarbību fizisko ķermeņu, šķidrumu, gāzu sastāvā.
• Ar gravitācijas saitēm mēs saprotam mijiedarbību starp fiziskiem ķermeņiem.

Otra ķīmiskā elementa - hēlija atoma - veidošanās notiek, galaktikai kosmosā paātrinoties līdz pietiekami lielam ātrumam.Kad divu deitērija atomu pievilcības spēks sasniedz lielu vērtību, tie tuvojas tādā attālumā, kas ļauj tiem apvienoties hēlija atoma četrkāršā struktūra.

Turpmāka galaktikas progresīvās kustības ātruma palielināšanās noved pie nākamo (saskaņā ar periodisko tabulu) ķīmisko elementu atomu veidošanās. Tajā pašā laikā: katra ķīmiskā elementa atomu ģenēze atbilst savam, stingri noteiktajam galaktikas progresīvās kustības ātrumam Visuma telpā. Sauksim viņu ķīmiskā elementa atoma veidošanās standarta ātrums .

Hēlija atoms ir otrais galaktikā pēc ūdeņraža. Tad, palielinoties galaktikas kustības ātrumam uz priekšu, nākamais deitērija atoms izlaužas līdz hēlija atomam. Tas nozīmē, ka galaktikas kustības ātrums uz priekšu ir sasniedzis litija atoma veidošanās standarta ātrumu. Pēc tam tas sasniegs berilija, oglekļa ... un tā tālāk atoma veidošanās standarta ātrumu saskaņā ar periodisko tabulu.

atoma modelis

Iepriekš redzamajā diagrammā mēs varam redzēt, ka:

1. Katrs atoma periods ir pāru struktūru gredzens.
2. Atoma centru vienmēr aizņem hēlija atoma četrkāršā struktūra.
3. Visas viena un tā paša perioda pārī savienotās struktūras atrodas stingri vienā plaknē.
4. Attālumi starp periodiem ir daudz lielāki nekā attālumi starp pāru struktūrām vienā periodā.

Protams, šī ir ļoti vienkāršota shēma, un tā neatspoguļo visas atomu uzbūves realitātes. Piemēram: katra jauna pāra struktūra, kas savienojas ar atomu, izspiež pārējās pāra struktūras tajā periodā, kuram tā ir pievienota.

Mēs iegūstam principu konstruēt periodu gredzena formā ap atoma ģeometrisko centru:

• perioda struktūra ir uzbūvēta vienā plaknē. To veicina visu galaktikas elementārdaļiņu translācijas kustības vispārīgais vektors.
• ap atoma ģeometrisko centru vienādā attālumā ir uzbūvētas viena perioda pāru struktūras.
• atoms, ap kuru tiek veidots jauns periods, uzvedas pret šo jauno periodu kā vienots pilnīga sistēma.

Tātad mēs iegūstam vissvarīgāko ķīmisko elementu atomu uzbūves likumsakarību:

STINGRI NOTEIKTA PĀRU STRUKTŪRU SKAITA LIKUMĪBA: vienlaikus noteiktā attālumā no atoma kopējā anihilācijas punkta ģeometriskā centra var atrasties tikai noteikts skaits vielas elementārdaļiņu pāru struktūru.

Tas ir: periodiskās tabulas otrajā, trešajā periodā - astoņi elementi katrā, ceturtajā, piektajā - astoņpadsmit, sestajā, septītajā - trīsdesmit divi. Pieaugošais atoma diametrs ļauj katrā nākamajā periodā palielināties pārī savienoto struktūru skaitam.

Ir skaidrs, ka šis modelis nosaka periodiskuma principu ķīmisko elementu atomu konstruēšanā, ko atklāja D.I. Mendeļejevs.

Katrs periods ķīmiskā elementa atomā uzvedas attiecībā pret to kā vienota integrāla sistēma. To nosaka lēcieni attālumos starp periodiem: daudz lielāki nekā attālumi starp pāru struktūrām perioda ietvaros.

Atoms ar nepilnu periodu uzrāda ķīmisko aktivitāti saskaņā ar iepriekš minēto likumsakarību. Tā kā pastāv atoma pievilkšanas un atgrūšanas spēku nelīdzsvarotība par labu pievilkšanās spēkiem. Bet, pievienojot pēdējo pāru struktūru, nelīdzsvarotība pazūd, jaunais periods iegūst formu labais aplis- kļūst par vienotu, neatņemamu, pilnīgu sistēmu. Un mēs iegūstam inertas gāzes atomu.

Vissvarīgākais atoma struktūras veidošanas modelis ir: atomam ir plaknes kaskādestruktūra . Kaut kas līdzīgs lustrai.

• viena perioda pāru struktūrām jāatrodas vienā plaknē, kas ir perpendikulāra atoma translācijas kustības vektoram.
• tajā pašā laikā periodiem atomā ir jābūt kaskādei.

Tas izskaidro, kāpēc otrajā un trešajā periodā (kā arī ceturtajā - piektajā, sestajā - septītajā) vienāds skaits pāru struktūru (skat. attēlu zemāk). Šāda atoma struktūra ir elementārdaļiņas pievilkšanas un atgrūšanas spēku sadalījuma sekas: pievilcīgie spēki darbojas daļiņas priekšējā (kustības virzienā) puslodē, atgrūšanas spēki - aizmugurējā puslodē.

Pretējā gadījumā brīvās enerģijas koncentrācijas aiz dažu pāru struktūru anihilācijas punktiem nonāk citu pāru struktūru iznīcināšanas punktu pievilkšanās zonā, un atoms neizbēgami sadalīsies.

Zemāk redzams shematisks argona atoma tilpuma attēls

argona atoma modelis

Zemāk esošajā attēlā mēs varam redzēt “sadaļu”, “skatu no sāniem” no diviem atoma periodiem - otrā un trešā:

Tieši tā pārī savienotajām struktūrām jābūt orientētām attiecībā pret atoma centru periodos ar vienādu pāru struktūru skaitu (otrā - trešā, ceturtā - piektā, sestā - septītā).

Enerģijas daudzums kondensācijā aiz elementārdaļiņas anihilācijas punkta nepārtraukti pieaug. Tas kļūst skaidrs no formulas:

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

kur:

E 1 ir brīvās enerģijas daudzums, ko anihilācijas punkts saritina (absorbē) no kustības priekšējās puslodes.

E 2 ir salocītā (absorbētā) anihilācijas punkta brīvās enerģijas daudzums no kustības aizmugurējās puslodes.

ΔЕ ir starpība starp elementārdaļiņas kustības priekšējās un aizmugurējās puslodes uzrullētās (absorbētās) brīvās enerģijas daudzumu.

W ir elementārdaļiņas kustības ātrums.

Šeit mēs redzam nepārtrauktu enerģijas kondensācijas masas pieaugumu aiz kustīgas daļiņas anihilācijas punkta, palielinoties tās kustības ātrumam uz priekšu.

Atoma struktūrā tas izpaudīsies faktā, ka enerģijas blīvums aiz katra nākamā atoma struktūras palielināsies ģeometriskā progresija. Iznīcināšanas punkti tur viens otru ar savu pievilkšanas spēku ar “dzelzs satvērienu”. Tajā pašā laikā pieaugošais atgrūšanas spēks arvien vairāk novirzīs atoma pāru struktūras vienu no otras. Tātad mēs iegūstam plakanu - kaskādes atoma konstrukciju.

Atomam pēc formas vajadzētu atgādināt bļodas formu, kur "apakšā" ir hēlija atoma struktūra. Un bļodas "malas" ir pēdējais periods. "Bļodas līkumu" vietas: otrais - trešais, ceturtais - piektais, sestais - septītais periods. Šie "līkumi" ļauj veidot dažādi periodi ar vienādu skaitu pārī savienotu struktūru

hēlija atoma modelis

Tā ir atoma plakanā kaskādes struktūra un pāru struktūru gredzenu izvietojums tajā, kas nosaka Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas uzbūves periodiskumu un rindu, viena atoma līdzīgu ķīmisko īpašību izpausmes periodiskumu. periodiskās tabulas rinda.

Atoma plakne - kaskādes struktūra rada vienas atoma telpas izskatu ar augstu brīvās enerģijas blīvumu.

• Visas atoma pāru struktūras ir orientētas atoma centra virzienā (vai drīzāk: punkta virzienā, kas atrodas uz atoma ģeometriskās ass, atoma kustības virzienā).
• Visi atsevišķie iznīcināšanas punkti atrodas gar periodu gredzeniem atoma iekšpusē.
• Visas atsevišķas brīvās enerģijas kopas atrodas aiz to iznīcināšanas punktiem.

Rezultāts: viena augsta blīvuma brīvās enerģijas koncentrācija, kuras robežas ir atoma robežas. Šīs robežas, kā mēs saprotam, ir to spēku darbības robežas, kas zinātnē pazīstami kā Jukavas spēki.

Atoma plaknes-kaskādes struktūra nodrošina pievilkšanas un atgrūšanas spēku zonu pārdali noteiktā veidā. Mēs jau novērojam pievilkšanas un atgrūšanas spēku zonu pārdali pāra struktūrā:

Pāra struktūras atgrūdošo spēku darbības zona palielinās, pateicoties tās pievilkšanas spēku darbības zonai (salīdzinājumā ar atsevišķām elementārdaļiņām). Pievilcīgo spēku darbības zona attiecīgi samazinās. (Mazinās pievilkšanas spēka darbības zona, bet ne pats spēks). Atoma plakanā kaskādes struktūra dod mums vēl lielāku atoma atgrūdošo spēku darbības zonas pieaugumu.

• Ar katru jaunu periodu atgrūdošo spēku darbības zona mēdz veidot pilnu bumbu.
• Pievilkšanās spēku darbības zona būs arvien mazāka diametra konuss

Jauna atoma perioda konstruēšanā var izsekot vēl vienai likumsakarībai: visas viena perioda pāru struktūras atrodas stingri simetriski attiecībā pret atoma ģeometrisko centru neatkarīgi no pāru struktūru skaita periodā.

Katra jauna pāra struktūra, savienojoties, maina visu pārējo perioda pāru struktūru izvietojumu tā, lai attālumi starp tām periodā vienmēr būtu vienādi. Šie attālumi samazinās, pievienojot nākamo pāru struktūru. Nepabeigts ārējais periodsķīmiskā elementa atoms padara to ķīmiski aktīvu.

Attālumi starp periodiem, kas ir daudz lielāki nekā attālumi starp pāru daļiņām periodā, padara periodus salīdzinoši neatkarīgus vienu no otra.

Katrs atoma periods ir saistīts ar visiem pārējiem periodiem un ar visu atomu kā neatkarīgu veselu struktūru.

Tas nosaka, ka atoma ķīmisko aktivitāti gandrīz 100% nosaka tikai atoma pēdējais periods. Pilnībā piepildītais pēdējais periods dod mums maksimāli piepildīto atoma atgrūdošo spēku zonu. Atoma ķīmiskā aktivitāte ir gandrīz nulle. Atoms, tāpat kā bumba, atgrūž citus atomus no sevis. Mēs šeit redzam gāzi. Un ne tikai gāze, bet arī inerta gāze.

Jaunā perioda pirmās pāru struktūras pievienošana maina šo idillisko ainu. Atgrūšanas un pievilkšanas spēku darbības zonu sadalījums mainās par labu pievilkšanas spēkiem. Atoms kļūst ķīmiski aktīvs. Šis ir atoms sārmu metāls.

Pievienojoties katrai nākamajai pāra struktūrai, mainās atoma pievilkšanas un atgrūšanas spēku sadalījuma zonu līdzsvars: palielinās atgrūdošo spēku zona, samazinās pievilkšanas spēku zona. Un katrs nākamais atoms kļūst nedaudz mazāk metāla un nedaudz vairāk nemetāla.

Atomu plakanā kaskādes forma, pievilkšanas un atgrūšanas spēku darbības zonu pārdale dod mums sekojošo: Ķīmiskā elementa atoms, satiekoties ar citu atomu pat sadursmes ceļā, bez problēmām iekrīt zonā. šī atoma atgrūšanas spēku darbība. Un tas neiznīcina sevi un neiznīcina šo otru atomu.

Tas viss noved pie ievērojama rezultāta: ķīmisko elementu atomi, savstarpēji savienojoties, veido molekulu trīsdimensiju struktūras. Atšķirībā no plakanās - kaskādes atomu struktūras. Molekula ir stabila trīsdimensiju atomu struktūra.

Apsveriet enerģijas plūsmas atomos un molekulās.

Pirmkārt, mēs atzīmējam, ka elementārdaļiņa absorbēs enerģiju ciklos. Tas ir: cikla pirmajā pusē elementārdaļiņa absorbē enerģiju no tuvākās telpas. Šeit veidojas tukšums – telpa bez brīvas enerģijas.

Cikla otrajā pusē: enerģijas no attālākas vides nekavējoties sāks aizpildīt radušos tukšumu. Tas ir, kosmosā būs enerģijas plūsmas, kas vērstas uz iznīcināšanas punktu. Daļiņa saņem pozitīvu translācijas kustības impulsu. BET saistītā enerģija daļiņas iekšpusē sāks pārdalīt savu blīvumu.

Kas mūs te interesē?

Tā kā iznīcināšanas cikls ir sadalīts divās fāzēs: enerģijas absorbcijas fāzē un enerģijas kustības (tukšuma aizpildīšanas) fāzē, tad Vidējais ātrums enerģijas plūsmas iznīcināšanas punkta reģionā samazināsies, rupji runājot, divas reizes.

Un kas ir ārkārtīgi svarīgi:

Atomu, molekulu, fizisko ķermeņu uzbūvē izpaužas ļoti svarīga likumsakarība: visu materiālo struktūru stabilitāti, piemēram: sapārotas struktūras - deitērija atomi, atsevišķi periodi ap atomiem, atomiem, molekulām, fiziskajiem ķermeņiem nodrošina to iznīcināšanas procesu stingra sakārtotība.

Apsveriet šo.

1. Enerģijas plūsmas, ko rada pāra struktūra. Pāra struktūrā elementārdaļiņas sinhroni iznīcina enerģiju. Pretējā gadījumā elementārdaļiņas "apēstu" enerģijas koncentrāciju aiz viena otras iznīcināšanas punkta. Mēs iegūstam skaidrus pāra struktūras viļņu raksturlielumus. Turklāt atgādinām, ka iznīcināšanas procesu cikliskuma dēļ vidējais enerģijas plūsmas ātrums šeit samazinās uz pusi.
2. Enerģija plūst atomā. Princips ir viens: visām viena perioda pārī savienotajām struktūrām enerģija jāiznīcina sinhroni – sinhronos ciklos. Līdzīgi: iznīcināšanas procesi atomā ir jāsinhronizē starp periodiem. Jebkura asinhronija noved pie atoma iznīcināšanas. Šeit sinhronitāte var nedaudz atšķirties. Var pieņemt, ka periodi atomā iznīcina enerģiju secīgi, viens pēc otra, vilnī.
3. Enerģija plūst molekulā, fiziskajā ķermenī. Attālumi starp atomiem molekulas struktūrā ir daudzkārt lielāki nekā attālumi starp periodiem atoma iekšienē. Turklāt molekulai ir lielapjoma struktūra. Tāpat kā jebkuram fiziskam ķermenim, tam ir trīsdimensiju struktūra. Ir skaidrs, ka iznīcināšanas procesu sinhronizācijai šeit ir jābūt konsekventai. Virzīts no perifērijas uz centru vai otrādi: no centra uz perifēriju – skaiti kā gribi.

Sinhronitātes princips dod mums vēl divas likumsakarības:

• Enerģijas plūsmas ātrums atomu, molekulu, fizisko ķermeņu iekšienē ir daudz mazāks par enerģijas kustības ātruma konstanti Visuma telpā. Šis modelis palīdzēs mums izprast (7. rakstā) elektrības procesus.
• Jo lielāku struktūru mēs redzam (secīgi: elementārdaļiņa, atoms, molekula, fiziskais ķermenis), jo lielāku viļņa garumu tās viļņu raksturlielumos mēs novērosim. Tas attiecas arī uz fiziskajiem ķermeņiem: jo lielāka ir fiziskā ķermeņa masa, jo lielāks ir tā viļņa garums.

• Tulkošana

Katra atoma centrā atrodas kodols, niecīga daļiņu kolekcija, ko sauc par protoniem un neitroniem. Šajā rakstā mēs pētīsim protonu un neitronu dabu, kas sastāv no vēl mazākām daļiņām – kvarkiem, gluoniem un antikvarkiem. (Gluoni, tāpat kā fotoni, ir viņu pašu antidaļiņas.) Kvarki un gluoni, cik zināms, var būt patiesi elementāri (nedalāmi un nesastāv no kaut kā mazāka). Bet viņiem vēlāk.

Pārsteidzoši, protoniem un neitroniem ir gandrīz vienāda masa - līdz pat procentiem:

• 0,93827 GeV/c 2 protonam,
• 0,93957 GeV/c 2 neitronam.

Tā ir viņu būtības atslēga – patiesībā tās ir ļoti līdzīgas. Jā, starp tām ir viena acīmredzama atšķirība: protonam ir pozitīvs elektriskais lādiņš, savukārt neitronam nav lādiņa (tas ir neitrāls, tāpēc arī tā nosaukums). Attiecīgi elektriskie spēki iedarbojas uz pirmo, bet ne uz otro. No pirmā acu uzmetiena šī atšķirība šķiet ļoti svarīga! Bet patiesībā tā nav. Visās citās nozīmēs protons un neitrons ir gandrīz dvīņi. Viņiem ir identiskas ne tikai masas, bet arī iekšējā struktūra.

Tā kā tie ir tik līdzīgi un šīs daļiņas veido kodolus, protonus un neitronus bieži sauc par nukleoniem.

Protoni tika identificēti un aprakstīti ap 1920. gadu (lai gan tie tika atklāti agrāk; ūdeņraža atoma kodols ir tikai viens protons), un neitroni tika atrasti ap 1933. gadu. Fakts, ka protoni un neitroni ir tik līdzīgi viens otram, tika saprasts gandrīz nekavējoties. Bet fakts, ka tiem ir izmērāms izmērs, kas ir salīdzināms ar kodola izmēru (apmēram 100 000 reižu mazāks par atomu rādiusā), nebija zināms līdz 1954. gadam. To, ka tie sastāv no kvarkiem, antikvarkiem un gluoniem, pakāpeniski saprata no 1960. gadu vidus līdz 1970. gadu vidum. Līdz 70. gadu beigām un 80. gadu sākumam mūsu izpratne par protoniem, neitroniem un to, no kā tie ir izgatavoti, lielā mērā bija nostabilizējusies un kopš tā laika ir palikusi nemainīga.

Nukleonus ir daudz grūtāk aprakstīt nekā atomus vai kodolus. Tā neteiktu, bet vismaz bez vilcināšanās var teikt, ka hēlija atoms sastāv no diviem elektroniem, kas riņķo ap niecīgu hēlija kodolu; un hēlija kodols ir diezgan vienkārša divu neitronu un divu protonu grupa. Bet ar nukleoniem viss nav tik vienkārši. Es jau rakstīju rakstā "", ka atoms izskatās kā elegants menuets, bet nukleons izskatās pēc mežonīgas ballītes.

Šķiet, ka protonu un neitronu sarežģītība ir patiesa, un tā neizriet no nepilnīgām fiziskajām zināšanām. Mums ir vienādojumi, ko izmanto, lai aprakstītu kvarkus, antikvarkus un gluonus, kā arī spēcīgos kodolspēkus, kas atrodas starp tiem. Šos vienādojumus sauc par QCD, no "kvantu hromodinamikas". Vienādojumu precizitāti var pārbaudīt Dažādi ceļi, tostarp to daļiņu skaita mērīšana, kas parādās lielajā hadronu paātrinātājā. Aizvietojot QCD vienādojumus datorā un veicot aprēķinus par protonu un neitronu un citu līdzīgu daļiņu (kopā sauktas par "hadroniem") īpašībām, mēs iegūstam šo daļiņu īpašību prognozes, kas labi atbilst novērojumiem, kas veikti īstā pasaule. Tāpēc mums ir pamats uzskatīt, ka QCD vienādojumi nemelo un ka mūsu zināšanas par protonu un neitronu ir balstītas uz pareiziem vienādojumiem. Bet ar pareizo vienādojumu vien nepietiek, jo:

• Plkst vienkārši vienādojumi var būt ļoti sarežģīti lēmumi,
• Dažkārt nav iespējams vienkārši aprakstīt sarežģītus risinājumus.

Cik mēs varam spriest, tieši tā tas ir ar nukleoniem: tie ir sarežģīti risinājumi salīdzinoši vienkāršiem QCD vienādojumiem, un tos nav iespējams aprakstīt pāris vārdos vai attēlos.

Nukleoniem raksturīgās sarežģītības dēļ jums, lasītāj, būs jāizdara izvēle: cik daudz jūs vēlaties uzzināt par aprakstīto sarežģītību? Lai cik tālu jūs dotos, jūs, visticamāk, nebūsiet apmierināti: jo vairāk jūs uzzināsit, jo tēma kļūs saprotamāka, bet galīgā atbilde paliks nemainīga - protons un neitrons ir ļoti sarežģīti. Es varu jums piedāvāt trīs izpratnes līmeņus ar pieaugošām detaļām; jūs varat apstāties pēc jebkura līmeņa un pāriet uz citām tēmām vai arī varat ienirt līdz pēdējam. Katrs līmenis rada jautājumus, uz kuriem es varu daļēji atbildēt nākamajā, bet jaunas atbildes rada jaunus jautājumus. Rezumējot - kā es to daru profesionālās diskusijās ar kolēģiem un progresīviem studentiem - varu atsaukties tikai uz datiem no reāliem eksperimentiem, dažādiem ietekmīgiem teorētiskiem argumentiem un datorsimulācijām.

Pirmais izpratnes līmenis

No kā sastāv protoni un neitroni?

Rīsi. 1: pārāk vienkāršota protonu versija, kas sastāv tikai no diviem augšupvērstiem kvarkiem un viena lejup kvarka, un neitroniem, kas sastāv tikai no diviem leju kvarkiem un viena augšupvērstā kvarka

Lai vienkāršotu lietas, daudzās grāmatās, rakstos un tīmekļa vietnēs teikts, ka protoni sastāv no trim kvarkiem (divi uz augšu un viens uz leju), un tie zīmē kaut ko līdzīgu figūrai. 1. Neitrons ir tas pats, tikai sastāv no viena augšup un diviem lejupejošiem kvarkiem. Šis vienkāršais attēls ilustrē to, ko daži zinātnieki ticēja, galvenokārt 1960. gados. Taču drīz vien kļuva skaidrs, ka šis viedoklis ir tik ļoti vienkāršots, ka tas vairs nav pareizs.

No sarežģītākiem informācijas avotiem jūs uzzināsit, ka protonus veido trīs kvarki (divi uz augšu un viens uz leju), ko kopā satur gluoni, un var parādīties attēls, kas līdzīgs 1. att. 2, kur gluoni tiek vilkti kā atsperes vai stīgas, kas notur kvarkus. Neitroni ir vienādi, tikai ar vienu augšējo kvarku un diviem leju kvarkiem.

Rīsi. 2: uzlabojums att. 1 sakarā ar uzsvaru uz spēcīgā kodolspēka svarīgo lomu, kas notur kvarkus protonā

Tas nav tik slikts veids, kā aprakstīt nukleonus, jo tas uzsver spēcīgā kodolspēka svarīgo lomu, kas notur kvarkus protonā uz gluonu rēķina (tāpat kā fotons, daļiņa, kas veido gaismu, ir saistīta ar elektromagnētisko spēku). Bet tas ir arī mulsinoši, jo tas īsti nepaskaidro, kas ir gluoni vai ko tie dara.

Ir iemesli iet uz priekšu un aprakstīt lietas tā, kā es to darīju: protonu veido trīs kvarki (divi augšā un viens lejup), gluonu ķekars un kvarku un antikvarku pāru kalns (galvenokārt augšup un lejup kvarki). , bet ir arī daži dīvaini) . Viņi visi lido uz priekšu un atpakaļ ar ļoti lielu ātrumu (tuvojoties gaismas ātrumam); visu šo komplektu satur spēcīgais kodolspēks. Es to parādīju attēlā. 3. Neitroni atkal ir tie paši, bet ar vienu augšup un diviem leju kvarkiem; kvarku, kas mainījis īpašumtiesības, norāda bultiņa.

Rīsi. 3: reālistiskāks, lai gan joprojām nav ideāls, protonu un neitronu attēlojums

Šie kvarki, antikvarki un gluoni ne tikai skraida uz priekšu un atpakaļ, bet arī saduras viens ar otru un pārvēršas viens par otru, veicot tādus procesus kā daļiņu iznīcināšana (kurā kvarks un viena veida antikvarks pārvēršas par diviem gluoniem vai netikumiem otrādi) vai gluona absorbcija un emisija (kurā kvarks un gluons var sadurties un radīt kvarku un divus gluonus, vai otrādi).

Ko dara šie trīs apraksti vispārīgi:

• Divi augšup kvarki un leju kvarki (un vēl kaut kas) protonam.
• Viens augšējais kvarks un divi lejupejoši kvarki (un vēl kaut kas) neitronam.
• "Kaut kas cits" neitroniem ir tas pats, kas "kaut kas cits" protoniem. Tas ir, nukleoniem ir "kaut kas cits" tas pats.
• Nelielā masas atšķirība starp protonu un neitronu parādās lejupejošā kvarka un augšupvērstā kvarka masu atšķirību dēļ.

Un kopš:

• augšup kvarkiem elektriskais lādiņš ir 2/3 e (kur e ir protona lādiņš, -e ir elektrona lādiņš),
• dūnu kvarku lādiņš ir -1/3e,
• gluoniem ir 0,
• jebkuram kvarkam un tam atbilstošajam antikvarkam kopējais lādiņš ir 0 (piemēram, antidūnu kvarka lādiņš ir +1/3e, tātad dūnu kvarkam un dūnu antikvarkam lādiņš būs –1/3 e +1/ 3 e = 0),

Katra figūra piešķir protona elektrisko lādiņu diviem augšup un vienam lejup kvarkam, un “kaut kas cits” lādiņam pievieno 0. Tāpat neitronam ir nulle lādiņš, pateicoties vienam augšup un diviem lejupejošiem kvarkiem:

• protona kopējais elektriskais lādiņš 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• neitrona kopējais elektriskais lādiņš ir 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Šie apraksti atšķiras šādi:

• cik daudz "kaut ko citu" nukleonā,
• ko tas tur dara
• no kurienes rodas nukleona masa un masas enerģija (E = mc 2 , tur esošā enerģija pat tad, kad daļiņa atrodas miera stāvoklī).

Tā kā lielākā daļa atoma masas un līdz ar to arī visas parastās vielas masa ir protonos un neitronos, pēdējais punkts ir ārkārtīgi svarīgs pareiza izpratne mūsu daba.

Rīsi. 1 teikts, ka kvarki faktiski ir trešdaļa nukleona - līdzīgi kā protons vai neitrons ir ceturtdaļa no hēlija kodola vai 1/12 no oglekļa kodola. Ja šis attēls būtu patiess, kvarki nukleonā pārvietotos salīdzinoši lēni (ar ātrumu, kas ir daudz lēnāks nekā gaismas ātrums), starp tiem darbojoties salīdzinoši vājiem spēkiem (lai gan ar kādu spēcīgu spēku, kas tos notur vietā). Kvarka masa uz augšu un uz leju tad būtu aptuveni 0,3 GeV/c 2, kas ir aptuveni trešdaļa no protona masas. Bet tas ir vienkāršs attēls, un tā uzspiestās idejas ir vienkārši nepareizas.

Rīsi. 3. sniedz pavisam citu priekšstatu par protonu kā daļiņu katlu, kas slīd cauri tam ar ātrumu, kas tuvs gaismas ātrumam. Šīs daļiņas saduras viena ar otru, un šajās sadursmēs dažas no tām iznīcina, bet citas rodas to vietā. Gluoniem nav masas, augšējo kvarku masa ir aptuveni 0,004 GeV/c 2, bet apakšējo kvarku masa ir aptuveni 0,008 GeV/c 2 – simtiem reižu mazāka par protonu. No kurienes nāk protona masas enerģija, jautājums ir sarežģīts: daļa no kvarku un antikvarku masas enerģijas, daļa no kvarku, antikvarku un gluonu kustības enerģijas, bet daļa (iespējams, pozitīva). , iespējams, negatīva) no enerģijas, kas uzkrāta spēcīgajā kodolenerģijas mijiedarbībā, turot kopā kvarkus, antikvarkus un gluonus.

Savā ziņā att. 2 mēģina novērst atšķirību starp att. 1 un att. 3. Tas vienkāršo rīsus. 3, noņemot daudzus kvarku un antikvarku pārus, kurus principā var saukt par īslaicīgiem, jo ​​tie pastāvīgi rodas un pazūd, un nav nepieciešami. Bet tas rada iespaidu, ka gluoni nukleonos ir tieša daļa no spēcīgā kodolspēka, kas notur protonus. Un tas nepaskaidro, no kurienes nāk protona masa.

Pie att. 1 ir vēl viens trūkums, papildus šaurajiem protonu un neitronu rāmjiem. Tas neizskaidro dažas citu hadronu īpašības, piemēram, pionu un rho mezonu. Tādas pašas problēmas pastāv attēlā. 2.

Šie ierobežojumi ir noveduši pie tā, ka es saviem studentiem un savā tīmekļa vietnē iedodu attēlu no att. 3. Bet es gribu jūs brīdināt, ka tai ir arī daudzi ierobežojumi, kurus es apsvēršu vēlāk.

Jāatzīmē, ka struktūras ārkārtējā sarežģītība, kas norādīta attēlā. 3 ir sagaidāms no objekta, ko kopā satur tik spēcīgs spēks kā spēcīgais kodolspēks. Un vēl viena lieta: trīs kvarkus (divi uz augšu un viens uz leju protonam), kas neietilpst kvarku un antikvarku pāru grupā, bieži sauc par "valences kvarkiem", un kvarku-antikvarku pārus sauc par "jūru kvarku pāri." Šāda valoda daudzos gadījumos ir tehniski ērta. Bet tas rada maldīgu iespaidu, ka, ja jūs varētu ieskatīties protona iekšienē un paskatīties uz konkrētu kvarku, jūs uzreiz varētu noteikt, vai tas ir daļa no jūras vai valences. To nevar izdarīt, tāda veida vienkārši nav.

Protonu masa un neitronu masa

Tā kā protona un neitrona masas ir tik līdzīgas un protons un neitrons atšķiras tikai augšupvērsta kvarka aizstāšanā ar leju kvarku, šķiet, ka to masas tiek nodrošinātas vienādi, nāk no viena avota. , un to atšķirība slēpjas nelielā atšķirībā starp augšējiem un lejupējiem kvarkiem. Taču trīs iepriekš minētie skaitļi parāda, ka ir trīs ļoti atšķirīgi viedokļi par protonu masas izcelsmi.

Rīsi. 1 saka, ka augšupvērstie un lejupējie kvarki vienkārši veido 1/3 no protona un neitrona masas: aptuveni 0,313 GeV/c 2 vai arī enerģijas dēļ, kas nepieciešama kvarku noturēšanai protonā. Un tā kā atšķirība starp protona un neitrona masām ir procenta daļa, atšķirībai starp augšup un lejup vērstā kvarka masām arī jābūt procenta daļai.

Rīsi. 2 ir mazāk skaidrs. Kāda protona masas daļa pastāv gluonu dēļ? Bet principā no attēla izriet, ka lielākā daļa protona masas joprojām nāk no kvarku masas, kā parādīts attēlā. viens.

Rīsi. 3 atspoguļo smalkāku pieeju tam, kā patiesībā veidojas protona masa (kā mēs to varam pārbaudīt tieši ar protonu datora aprēķiniem, nevis tieši izmantojot citus matemātiskās metodes). Tas ļoti atšķiras no idejām, kas parādītas attēlā. 1 un 2, un izrādās, ka tas nav tik vienkārši.

Lai saprastu, kā tas darbojas, ir jādomā nevis par protona masu m, bet gan ar tā masas enerģiju E = mc 2, ar masu saistītā enerģija. Konceptuāli pareizs jautājums tas nebūs "no kurienes radusies protonu masa m", pēc kura jūs varat aprēķināt E, reizinot m ar c 2, bet otrādi: "no kurienes nāk protonu masas E enerģija", pēc kura jūs varat aprēķina masu m, dalot E ar c 2 .

Ir lietderīgi klasificēt ieguldījumu protonu masas enerģijā trīs grupās:

A) Tajā esošo kvarku un antikvarku masas enerģija (atpūtas enerģija) (gluoni, bezmasas daļiņas nedod nekādu ieguldījumu).
B) Kvarku, antikvarku un gluonu kustības enerģija (kinētiskā enerģija).
C) Mijiedarbības enerģija (saistīšanas enerģija vai potenciālā enerģija), kas uzkrāta spēcīgajā kodola mijiedarbībā (precīzāk, gluona laukos), kas satur protonu.

Rīsi. 3 saka, ka daļiņas protona iekšpusē pārvietojas ar lielu ātrumu un ka tas ir pilns ar bezmasas gluoniem, tāpēc B) ieguldījums ir lielāks nekā A). Parasti lielākajā daļā fizisko sistēmu B) un C) ir salīdzināmi, savukārt C) bieži ir negatīvs. Tātad protona (un neitrona) masas enerģija lielākoties tiek iegūta no B) un C kombinācijas, un A) veido nelielu daļu. Tāpēc protonu un neitronu masas parādās galvenokārt nevis tajos esošo daļiņu masu dēļ, bet gan šo daļiņu kustības enerģijas un to mijiedarbības enerģijas dēļ, kas saistīta ar gluona laukiem, kas rada spēkus, kas tur. protonu. Lielākajā daļā citu mums pazīstamo sistēmu enerģiju līdzsvars tiek sadalīts atšķirīgi. Piemēram, atomos un iekšā Saules sistēma A dominē), savukārt B) un C) ir daudz mazāki un salīdzināmi pēc izmēra.

Apkopojot, mēs atzīmējam, ka:

• Rīsi. 1 liecina, ka protona masas enerģija nāk no ieguldījuma A).
• Rīsi. 2 liecina, ka gan ieguldījums A), gan C) ir svarīgs, un B) sniedz nelielu ieguldījumu.
• Rīsi. 3 liecina, ka B) un C) ir svarīgi, savukārt A) ieguldījums ir niecīgs.

Mēs zinām, ka rīsi ir pareizi. 3. Lai to pārbaudītu, mēs varam veikt datorsimulācijas, un vēl svarīgāk, pateicoties dažādiem pārliecinošiem teorētiskiem argumentiem, mēs zinām, ka, ja augšējo un lejupējo kvarku masas būtu nulle (un viss pārējais paliktu tāds, kā tas ir), protona masa gandrīz nemainītos. Tātad acīmredzot kvarku masas nevar dot nozīmīgu ieguldījumu protona masā.

Ja att. 3 nemelo, kvarka un antikvarka masas ir ļoti mazas. Kādi viņi īsti ir? Augšējā kvarka (kā arī antikvarka) masa nepārsniedz 0,005 GeV/c 2, kas ir daudz mazāka par 0,313 GeV/c 2, kas izriet no att. 1. (Uz augšu kvarka masu ir grūti izmērīt un tā mainās smalku efektu dēļ, tāpēc tā varētu būt daudz mazāka par 0,005 GeV/c2). Apakšējā kvarka masa ir aptuveni par 0,004 GeV/c 2 lielāka nekā augšējā kvarka masa. Tas nozīmē, ka jebkura kvarka vai antikvarka masa nepārsniedz vienu procentu no protona masas.

Ņemiet vērā, ka tas nozīmē (pretēji 1. att.), ka leju kvarka masas attiecība pret augšējo kvarku netuvojas vienotībai! Dūnas kvarka masa ir vismaz divas reizes lielāka nekā upes kvarka masa. Iemesls tam, ka neitronu un protonu masas ir tik līdzīgas, ir nevis tāpēc, ka augšup un lejup vērsto kvarku masas ir līdzīgas, bet gan tāpēc, ka augšup un lejup vērsto kvarku masas ir ļoti mazas - un atšķirība starp tām ir maza, attiecībā pret protonu un neitronu masām. Atgādiniet, ka, lai protonu pārvērstu par neitronu, jums vienkārši ir jāaizstāj viens no tā augšējiem kvarkiem ar leju kvarku (3. attēls). Šīs izmaiņas ir pietiekamas, lai padarītu neitronu nedaudz smagāku par protonu un mainītu tā lādiņu no +e uz 0.

Starp citu, tas, ka dažādas daļiņas protona iekšienē saduras savā starpā un pastāvīgi parādās un pazūd, neietekmē lietas, par kurām mēs runājam - enerģija tiek saglabāta jebkurā sadursmē. Var mainīties kvarku un gluonu masas enerģija un kustības enerģija, kā arī to mijiedarbības enerģija, bet protona kopējā enerģija nemainās, lai gan viss tā iekšienē nemitīgi mainās. Tātad protona masa paliek nemainīga, neskatoties uz tā iekšējo virpuli.

Šajā brīdī jūs varat apstāties un absorbēt saņemto informāciju. Apbrīnojami! Praktiski visa parastajā vielā esošā masa nāk no atomu nukleonu masas. Un lielākā daļa šīs masas rodas no haosa, kas raksturīgs protonam un neitronam - no kvarku, gluonu un antikvarku kustības enerģijas nukleonos, kā arī no spēcīgas kodolenerģijas mijiedarbības darba enerģijas, kas notur nukleonu visā tā stāvoklī. Jā: mūsu planēta, mūsu ķermeņi, mūsu elpa ir tik klusas un līdz nesenam laikam neiedomājamas sajukuma rezultāts.

Kā jau minēts, atoms sastāv no trīs veidu elementārdaļiņām: protoniem, neitroniem un elektroniem. Atomu kodols ir atoma centrālā daļa, kas sastāv no protoniem un neitroniem. Protoniem un neitroniem ir parastais nosaukums nukleonu, kodolā tie var pārvērsties viens par otru. Vienkāršākā atoma – ūdeņraža atoma – kodols sastāv no vienas elementārdaļiņas – protona.

Atoma kodola diametrs ir aptuveni 10-13 - 10-12 cm un ir 0,0001 no atoma diametra. Tomēr gandrīz visa atoma masa (99,95-99,98%) ir koncentrēta kodolā. Ja būtu iespējams iegūt 1 cm3 tīras kodolvielas, tās masa būtu 100-200 miljoni tonnu. Atoma kodola masa ir vairākus tūkstošus reižu lielāka par visu elektronu masu, kas veido atomu.

Protons- elementārdaļiņa, ūdeņraža atoma kodols. Protona masa ir 1,6721 x 10-27 kg, tā ir 1836 reizes lielāka par elektrona masu. Elektriskais lādiņš ir pozitīvs un vienāds ar 1,66 x 10-19 C. Kulons ir elektriskā lādiņa vienība, kas vienāda ar caurlaides elektrības daudzumu šķērsgriezums vadītājs uz laiku 1s pie pastāvīgas strāvas stipruma 1A (ampēros).

Katrs jebkura elementa atoms atrodas kodolā noteiktu skaitu protoni. Šis skaitlis ir nemainīgs dotais elements un nosaka tās fizisko un Ķīmiskās īpašības. Tas ir, protonu skaits ir atkarīgs no tā, ar kādu ķīmisko elementu mums ir darīšana. Piemēram, ja viens protons kodolā ir ūdeņradis, ja 26 protoni ir dzelzs. Protonu skaits atoma kodolā nosaka kodola lādiņu (lādiņa numurs Z) un elementa kārtas numuru periodiskajā elementu sistēmā D.I. Mendeļejevs (elementa atomu numurs).

Neitrons- elektriski neitrāla daļiņa ar masu 1,6749 x 10-27 kg, 1839 reizes lielāka par elektrona masu. Neirons brīvā stāvoklī ir nestabila daļiņa, tā patstāvīgi pārvēršas par protonu ar elektrona un antineitrīna emisiju. Neitronu pussabrukšanas periods (laiks, kurā sadalās puse no sākotnējā neitronu skaita) ir aptuveni 12 minūtes. Tomēr iekšā saistošais stāvoklis iekšā stabils atomu kodoli viņš ir stabils. Kopējais skaits nukleonus (protonus un neitronus) kodolā sauc par masas skaitli (atommasu - A). Neitronu skaits, kas veido kodolu, ir vienāds ar starpību starp masas un lādiņa skaitļiem: N = A - Z.

Elektrons- elementārdaļiņa, mazākās masas nesējs - 0,91095x10-27g un mazākais elektriskais lādiņš - 1,6021x10-19 C. Šī ir negatīvi lādēta daļiņa. Elektronu skaits atomā ir vienāds ar protonu skaitu kodolā, t.i. atoms ir elektriski neitrāls.

Pozitroni- elementārdaļiņa ar pozitīvu elektrisko lādiņu, antidaļiņa attiecībā pret elektronu. Elektrona un pozitrona masa ir vienāda, un elektriskie lādiņi ir vienādi pēc absolūtās vērtības, bet pretēji pēc zīmes.

Dažādus kodolu veidus sauc par nuklīdiem. Nuklīds - sava veida atomi ar noteiktu protonu un neitronu skaitu. Dabā ir viena un tā paša elementa atomi ar dažādām atomu masām (masas skaitļiem):
, Cl utt. Šo atomu kodoli satur tas pats numurs protoni, bet atšķirīgs numurs neitroni. Viena un tā paša elementa atomu šķirnes, kurām ir vienāds kodollādiņš, bet atšķirīgi masas skaitlis, tiek saukti izotopi . Izotopiem, kuriem ir vienāds protonu skaits, bet atšķiras neitronu skaits, ir vienāda elektronu apvalku struktūra, t.i. ļoti līdzīgas ķīmiskās īpašības un ieņem vienu un to pašu vietu ķīmisko elementu periodiskajā tabulā.

Tos apzīmē ar atbilstošā ķīmiskā elementa simbolu ar indeksu A, kas atrodas augšējā kreisajā stūrī - masas skaitlis, dažreiz arī protonu skaits (Z) norādīts apakšējā kreisajā stūrī. Piemēram, fosfora radioaktīvie izotopi ir attiecīgi apzīmēti ar 32P, 33P vai P un P. Apzīmējot izotopu, nenorādot elementa simbolu, masas skaitlis tiek norādīts pēc elementa apzīmējuma, piemēram, fosfors - 32, fosfors - 33.

Lielākajai daļai ķīmisko elementu ir vairāki izotopi. Papildus ūdeņraža izotopam 1H-protijs ir zināms smagais ūdeņraža 2H-deitērijs un supersmagais ūdeņraža 3H-tritijs. Urānam ir 11 izotopi, dabiskie savienojumi tie ir trīs (urāns 238, urāns 235, urāns 233). Viņiem ir attiecīgi 92 protoni un 146,143 un 141 neitroni.

Pašlaik ir zināmi vairāk nekā 1900 izotopu no 108 ķīmiskajiem elementiem. No tiem dabiskie izotopi ietver visus stabilos (to ir aptuveni 280) un dabiskos izotopus, kas ir daļa no radioaktīvajām saimēm (to ir 46). Pārējie ir mākslīgi, tie iegūti mākslīgi dažādu kodolreakciju rezultātā.

Termins "izotopi" jālieto tikai tad, ja mēs runājam par viena un tā paša elementa atomiem, piemēram, oglekļa 12C un 14C. Ja ir domāti dažādu ķīmisko elementu atomi, ieteicams lietot terminu "nuklīdi", piemēram, radionuklīdi 90Sr, 131J, 137Cs.

Pirmā nodaļa. STABILU KODOLU ĪPAŠĪBAS

Iepriekš jau tika teikts, ka kodols sastāv no protoniem un neitroniem, kurus saista kodolspēki. Ja mēs izmērām kodola masu atomu masas vienībās, tad tai vajadzētu būt tuvu protona masai, kas reizināta ar veselu skaitli, ko sauc par masas skaitli. Ja kodola lādiņš un masas skaitlis, tad tas nozīmē, ka kodola sastāvā ir protoni un neitroni. (Neitronu skaitu kodolā parasti apzīmē ar

Šīs kodola īpašības atspoguļojas simboliskajā apzīmējumā, kas vēlāk tiks izmantots formā

kur X ir tā elementa nosaukums, kura atoms pieder pie kodola (piemēram, kodoli: hēlijs -, skābeklis -, dzelzs - urāns

Stabilu kodolu galvenie raksturlielumi ir: lādiņš, masa, rādiuss, mehāniskie un magnētiskie momenti, ierosināto stāvokļu spektrs, paritāte un kvadrupola moments. Radioaktīvos (nestabīlos) kodolus papildus raksturo to kalpošanas laiks, radioaktīvo pārveidojumu veids, emitēto daļiņu enerģija un vairākas citas īpašas īpašības, kas tiks aplūkotas turpmāk.

Vispirms apskatīsim elementārdaļiņu īpašības, kas veido kodolu: protonu un neitronu.

§ 1. PROTONA UN NEITRONA GALVENIE RAKSTUROJI

Svars. Elektrona masas vienībās: protona masa ir neitrona masa.

Atomu masas vienībās: protonu masas neitronu masa

Enerģijas vienībās protona miera masa ir neitrona miera masa

Elektriskais lādiņš. q ir parametrs, kas raksturo daļiņas mijiedarbību ar elektriskais lauks, ir izteikts elektronu lādiņa vienībās, kur

Visas elementārdaļiņas nes elektrības daudzumu, kas vienāds ar 0 vai Protona lādiņš Neitrona lādiņš ir nulle.

Spin. Protona un neitrona spini ir vienādi.Abas daļiņas ir fermioni un pakļaujas Fermi-Diraka statistikai un līdz ar to arī Pauli principam.

magnētiskais moments. Ja formulā (10), kas elektrona masas vietā nosaka elektrona magnētisko momentu, aizvietojam protona masu, iegūstam

Daudzumu sauc par kodola magnetonu. Pēc analoģijas ar elektronu varētu pieņemt, ka protona griešanās magnētiskais moments ir vienāds, taču pieredze liecina, ka protona iekšējais magnētiskais moments ir lielāks par kodola magnetonu: saskaņā ar mūsdienu datiem

Turklāt izrādījās, ka neuzlādētai daļiņai - neitronam - ir arī magnētiskais moments, kas atšķiras no nulles un ir vienāds ar

Magnētiskā momenta klātbūtne neitronā utt liela nozīme protona magnētiskais moments ir pretrunā pieņēmumiem par šo daļiņu punktveida raksturu. Vairāki eksperimentāli dati, kas iegūti pēdējie gadi, norāda, ka gan protonam, gan neitronam ir sarežģīta nehomogēna struktūra. Tajā pašā laikā neitrona centrā atrodas pozitīvs lādiņš, un perifērijā ir negatīvs lādiņš, kas vienāds ar to pēc lieluma, sadalīts daļiņas tilpumā. Bet tā kā magnētisko momentu nosaka ne tikai plūstošās strāvas lielums, bet arī tās aptvertais laukums, tad to radītie magnētiskie momenti nebūs vienādi. Tāpēc neitronam var būt magnētisks moments, vienlaikus saglabājot neitrālu.

Nukleonu savstarpējās transformācijas. Neitrona masa ir par 0,14% lielāka par protona masu vai par 2,5 elektronu masām,

Brīvā stāvoklī neitrons sadalās protonā, elektronā un antineitrīnā: tā vidējais kalpošanas laiks ir tuvu 17 minūtēm.

Protons ir stabila daļiņa. Tomēr kodola iekšpusē tas var pārvērsties par neitronu; kamēr reakcija norit saskaņā ar shēmu

Kreisajā un labajā pusē stāvošo daļiņu masu atšķirību kompensē enerģija, ko protonam piešķir citi kodola nukleoni.

Protonam un neitronam ir vienādi spini, gandrīz vienādas masas un tie var pārveidoties viens par otru. Vēlāk tiks parādīts, ka arī kodolspēki, kas darbojas starp šīm daļiņām pa pāriem, ir vienādi. Tāpēc tos sauc kopīgā konfesija- nukleons un viņi saka, ka nukleons var būt divos stāvokļos: protons un neitrons, kas atšķiras pēc to attiecības ar elektromagnētisko lauku.

Neitroni un protoni mijiedarbojas kodolspēku esamības dēļ, kuriem nav elektriska rakstura. Kodolspēki ir parādā savu izcelsmi mezonu apmaiņai. Ja mēs attēlosim protona un zemas enerģijas neitrona mijiedarbības potenciālās enerģijas atkarību no attāluma starp tiem, tad tas aptuveni izskatīsies kā grafiks, kas parādīts attēlā. 5a, t.i., tai ir potenciāla akas forma.

Rīsi. 5. att. Mijiedarbības potenciālās enerģijas atkarība no attāluma starp nukleoniem: a - neitronu-neitronu vai neitronu-protonu pāriem; b - protonu pārim - protons

§ viens. Iepazīstieties ar elektronu, protonu, neitronu

Atomi ir mazākās vielas daļiņas.
Ja palielināts līdz globuss vidēja izmēra ābolu, tad atomi kļūs tikai ābola lielumā. Neskatoties uz tik nelieliem izmēriem, atoms sastāv no vēl mazākām fiziskām daļiņām.
Jums jau vajadzētu būt pazīstamam ar atoma uzbūvi no skolas fizikas kursa. Un tomēr mēs atgādinām, ka atomā ir kodols un elektroni, kas griežas ap kodolu tik ātri, ka kļūst neatšķirami – veido "elektronu mākoni", vai elektronu apvalks atoms.

Elektroni parasti tiek apzīmēts šādi: e − . Elektroni e- ļoti viegli, gandrīz bezsvara, bet viņiem ir negatīvs elektriskais lādiņš. Tas ir vienāds ar -1. Elektrība, ko mēs visi izmantojam, ir elektronu plūsma, kas darbojas vados.

atoma kodols, kurā ir koncentrēta gandrīz visa tā masa, sastāv no divu veidu daļiņām - neitroniem un protoniem.

Neitroni apzīmē šādi: n 0 , a protoni Tātad: lpp + .
Pēc masas neitroni un protoni ir gandrīz vienādi - 1,675 10 -24 g un 1,673 10 -24 g.
Tiesa, ir ļoti neērti skaitīt tik mazu daļiņu masu gramos, tāpēc to izsaka oglekļa vienības, no kuriem katrs ir vienāds ar 1,673 10 -24 g.
Par katru daļiņu saņemt relatīvā atomu masa, kas vienāds ar atoma masas (gramos) dalījuma ar oglekļa vienības masu. radinieks atomu masas protons un neitrons ir vienādi ar 1, bet protonu lādiņš ir pozitīvs un vienāds ar +1, savukārt neitroniem lādiņa nav.

. Mīklas par atomu

Atomu var salikt "prātā" no daļiņām, piemēram, rotaļlietu vai automašīnu no detaļām bērnu konstruktors. Ir nepieciešams ievērot tikai divus svarīgus nosacījumus.

• Pirmais nosacījums: katram atoma veidam ir savs pašu komplekts"detaļas" - elementārdaļiņas. Piemēram, ūdeņraža atomam noteikti būs kodols ar pozitīvu lādiņu +1, kas nozīmē, ka tam noteikti jābūt vienam protonam (un ne vairāk).
  Ūdeņraža atoms var saturēt arī neitronus. Vairāk par to nākamajā rindkopā.
  Skābekļa atomam (sērijas numurs periodiskajā sistēmā ir 8) būs uzlādēts kodols astoņi pozitīvi lādiņi (+8), kas nozīmē, ka ir astoņi protoni. Tā kā skābekļa atoma masa ir 16 relatīvās vienības, lai iegūtu skābekļa kodolu, mēs pievienosim vēl 8 neitronus.
• Otrais nosacījums ir tas, ka katrs atoms ir elektriski neitrāls. Lai to izdarītu, tam jābūt pietiekami daudz elektronu, lai līdzsvarotu kodola lādiņu. Citiem vārdiem sakot, elektronu skaits atomā ir vienāds ar protonu skaitu tās pamatā, un šī elementa sērijas numurs Periodiskajā sistēmā.