Porozmawiajmy o tym, jak znaleźć protony, neutrony i elektrony. Cząstki elementarne

Tłumaczenie

W centrum każdego atomu znajduje się jądro, maleńki zbiór cząstek zwanych protonami i neutronami. W tym artykule przyjrzymy się naturze protonów i neutronów, które składają się z jeszcze mniejszych cząstek - kwarków, gluonów i antykwarków. (Gluony, podobnie jak fotony, są własnymi antycząstkami.) Kwarki i gluony, o ile wiemy, mogą być naprawdę elementarne (niepodzielne i nie złożone z czegoś mniejszego). Ale do nich później.

Co zaskakujące, protony i neutrony mają prawie taką samą masę - aż do procentu:

0,93827 GeV/c 2 dla protonu,
0,93957 GeV/c 2 dla neutronu.

To jest klucz do ich natury - w rzeczywistości są bardzo podobne. Tak, jest między nimi jedna oczywista różnica: proton ma dodatni ładunek elektryczny, podczas gdy neutron nie ma ładunku (jest neutralny, stąd jego nazwa). W związku z tym siły elektryczne działają na pierwszą, ale nie na drugą. Na pierwszy rzut oka to rozróżnienie wydaje się bardzo ważne! Ale w rzeczywistości tak nie jest. We wszystkich innych znaczeniach proton i neutron są prawie bliźniakami. Mają identyczne nie tylko masy, ale także strukturę wewnętrzną.

Ponieważ są one tak podobne i ponieważ te cząstki tworzą jądra, protony i neutrony są często nazywane nukleonami.

Protony zostały zidentyfikowane i opisane około 1920 roku (choć odkryto je wcześniej; jądro atomu wodoru to tylko pojedynczy proton), a neutrony znaleziono około 1933 roku. Fakt, że protony i neutrony są do siebie tak podobne, zrozumiano niemal natychmiast. Ale fakt, że mają one mierzalny rozmiar porównywalny z rozmiarem jądra (około 100 000 razy mniejszy niż promień atomu), nie był znany aż do 1954 roku. To, że składają się z kwarków, antykwarków i gluonów, było stopniowo rozumiane od połowy lat 60. do połowy lat 70. XX wieku. Pod koniec lat 70-tych i na początku 80-tych nasze rozumienie protonów, neutronów i tego, z czego są one zbudowane, w dużej mierze się ustabilizowało i od tamtej pory pozostaje niezmienione.

Nukleony są znacznie trudniejsze do opisania niż atomy czy jądra. Nie znaczy to, że atomy są w zasadzie proste, ale przynajmniej można bez wahania powiedzieć, że atom helu składa się z dwóch elektronów na orbicie wokół maleńkiego jądra helu; a jądro helu to dość prosta grupa dwóch neutronów i dwóch protonów. Ale z nukleonami wszystko nie jest takie proste. Pisałem już w artykule „Co to jest proton i co ma w sobie?”, że atom jest jak elegancki menuet, a nukleon jak szalona impreza.

Złożoność protonu i neutronu wydaje się być realna i nie wynika z niepełnej wiedzy fizycznej. Mamy równania używane do opisu kwarków, antykwarków i gluonów oraz silnych sił jądrowych, które zachodzą między nimi. Te równania nazywają się QCD, od „chromodynamiki kwantowej”. Dokładność równań można testować na różne sposoby, w tym mierząc liczbę cząstek, które pojawiają się w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Podłączając równania QCD do komputera i wykonując obliczenia dotyczące właściwości protonów, neutronów i innych podobnych cząstek (zwanych łącznie „hadronami”), otrzymujemy prognozy właściwości tych cząstek, które dobrze przybliżają obserwacje poczynione w świecie rzeczywistym . Dlatego mamy powody sądzić, że równania QCD nie kłamią i że nasza wiedza o protonie i neutronie opiera się na poprawnych równaniach. Jednak samo posiadanie właściwych równań nie wystarczy, ponieważ:

Proste równania mogą mieć bardzo złożone rozwiązania,
Czasami nie da się w prosty sposób opisać skomplikowanych rozwiązań.

O ile wiemy, tak właśnie jest w przypadku nukleonów: są to złożone rozwiązania stosunkowo prostych równań QCD i nie da się ich opisać w kilku słowach lub obrazach.

Ze względu na wrodzoną złożoność nukleonów, Czytelniku, będziesz musiał dokonać wyboru: ile chcesz wiedzieć o opisanej złożoności? Bez względu na to, jak daleko zajdziesz, najprawdopodobniej nie będziesz zadowolony: im więcej się nauczysz, tym bardziej zrozumiały stanie się temat, ale ostateczna odpowiedź pozostanie taka sama - proton i neutron są bardzo złożone. Mogę zaoferować trzy poziomy zrozumienia, z coraz większą szczegółowością; możesz zatrzymać się po dowolnym poziomie i przejść do innych tematów lub możesz zanurkować do ostatniego. Każdy poziom rodzi pytania, na które mogę częściowo odpowiedzieć na następnym, ale nowe odpowiedzi rodzą nowe pytania. Reasumując – podobnie jak w profesjonalnych dyskusjach z kolegami i zaawansowanymi studentami – mogę odesłać Was jedynie do danych z rzeczywistych eksperymentów, różnych wpływowych argumentów teoretycznych, symulacji komputerowych.

Pierwszy poziom zrozumienia

Z czego zbudowane są protony i neutrony?

Ryż. 1: uproszczona wersja protonów, składająca się tylko z dwóch kwarków górnych i jednego dolnego oraz neutronów, składająca się tylko z dwóch kwarków dolnych i jednego górnego

Aby uprościć sprawę, wiele książek, artykułów i stron internetowych stwierdza, że protony składają się z trzech kwarków (dwa w górę i jeden w dół) i rysują coś w rodzaju figury. 1. Neutron jest taki sam, składa się tylko z jednego kwarka górnego i dwóch dolnych. Ten prosty obraz ilustruje to, w co wierzyli niektórzy naukowcy, głównie w latach 60. XX wieku. Ale wkrótce stało się jasne, że ten punkt widzenia został uproszczony do tego stopnia, że przestał być poprawny.

Z bardziej wyrafinowanych źródeł informacji dowiesz się, że protony składają się z trzech kwarków (dwa w górę i jeden w dół) utrzymywanych razem przez gluony – i może pojawić się obraz podobny do tego na ryc. 2, gdzie gluony są rysowane jako sprężyny lub struny zawierające kwarki. Neutrony są takie same, z tylko jednym kwarkiem górnym i dwoma kwarkami dolnymi.

Ryż. 2: poprawa ryc. 1 ze względu na podkreślenie ważnej roli silnego oddziaływania jądrowego, które utrzymuje kwarki w protonie

Nie jest to zły sposób na opisanie nukleonów, ponieważ podkreśla ważną rolę silnego oddziaływania jądrowego, które utrzymuje kwarki w protonie kosztem gluonów (tak samo jak foton, cząstka, z której składa się światło, jest związany z siłą elektromagnetyczną). Ale jest to również mylące, ponieważ tak naprawdę nie wyjaśnia, czym są gluony i co robią.

Są powody, by iść dalej i opisywać rzeczy tak, jak zrobiłem w : proton składa się z trzech kwarków (dwa w górę i jeden w dół), wiązka gluonów i góra par kwark-antykwark (głównie kwarki górne i dolne). , ale jest też kilka dziwnych). Wszystkie latają tam iz powrotem z bardzo dużą prędkością (zbliżając się do prędkości światła); cały ten zestaw jest utrzymywany razem przez silną siłę jądrową. Pokazałem to na ryc. 3. Neutrony są znowu takie same, ale z jednym kwarkiem górnym i dwoma dolnymi; kwark, który zmienił właściciela jest oznaczony strzałką.

Ryż. 3: bardziej realistyczne, choć wciąż nieidealne, przedstawienie protonów i neutronów

Te kwarki, antykwarki i gluony nie tylko biegają tam iz powrotem, ale także zderzają się ze sobą i zamieniają się w siebie w procesach takich jak anihilacja cząstek (w której kwark i antykwark tego samego typu zamieniają się w dwa gluony, czyli imadło). versa) lub absorpcja i emisja gluonu (w którym kwark i gluon mogą zderzyć się i wytworzyć kwark i dwa gluony lub odwrotnie).

Co mają wspólnego te trzy opisy:

Dwa kwarki górne i dolny (plus coś jeszcze) dla protonu.
Jeden kwark górny i dwa dolne (plus coś jeszcze) dla neutronu.
„Coś innego” dla neutronów jest tym samym, co „coś innego” dla protonów. Oznacza to, że nukleony mają „coś innego” to samo.
Mała różnica w masie między protonem a neutronem wynika z różnicy mas kwarku dolnego i kwarka górnego.

A ponieważ:

dla kwarków górnych ładunek elektryczny wynosi 2/3 e (gdzie e to ładunek protonu, -e to ładunek elektronu),
kwarki dolne mają ładunek -1/3e,
gluony mają ładunek 0,
każdy kwark i odpowiadający mu antykwark mają całkowity ładunek 0 (na przykład antykwark dolny ma ładunek +1/3e, więc kwark dolny i antykwark dolny będą miały ładunek –1/3 e +1/ 3 e = 0),

Każda liczba przypisuje ładunek elektryczny protonu dwóm kwarkom górnym i jednemu dolnemu, a „coś innego” dodaje do ładunku 0. Podobnie neutron ma ładunek zerowy z powodu jednego kwarka górnego i dwóch dolnych:

całkowity ładunek elektryczny protonu 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
całkowity ładunek elektryczny neutronu wynosi 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Te opisy różnią się w następujący sposób:

ile „czegoś innego” w nukleonie,
co on tam robi?
skąd pochodzi masa i energia masy (E = mc 2 , energia obecna tam nawet wtedy, gdy cząstka jest w spoczynku) nukleonu.

Ponieważ większość masy atomu, a więc i całej zwykłej materii, zawarta jest w protonach i neutronach, ostatni punkt jest niezwykle ważny dla prawidłowego zrozumienia naszej natury.

Ryż. 1 mówi, że kwarki w rzeczywistości stanowią jedną trzecią nukleonu - podobnie jak proton lub neutron stanowią jedną czwartą jądra helu lub 1/12 jądra węgla. Gdyby ten obraz był prawdziwy, kwarki w nukleonie poruszałyby się stosunkowo wolno (z prędkością znacznie mniejszą niż prędkość światła) ze stosunkowo słabymi siłami działającymi między nimi (choć z pewną potężną siłą utrzymującą je w miejscu). Masa kwarku w górę iw dół byłaby wtedy rzędu 0,3 GeV/c 2 , około jednej trzeciej masy protonu. Ale to prosty obraz, a idee, które narzuca, są po prostu błędne.

Ryż. 3. daje zupełnie inne wyobrażenie o protonie, jako kociołku cząstek przemykających przez niego z prędkością bliską prędkości światła. Cząstki te zderzają się ze sobą iw tych zderzeniach niektóre z nich anihilują, a inne powstają w ich miejsce. Gluony nie mają masy, masy górnych kwarków wynoszą około 0,004 GeV/c 2 , a masy dolnych kwarków wynoszą około 0,008 GeV/c 2 - setki razy mniej niż masy protonu. Skąd pochodzi energia masy protonu, pytanie jest złożone: część pochodzi z energii masy kwarków i antykwarków, część pochodzi z energii ruchu kwarków, antykwarków i gluonów, a część (prawdopodobnie dodatnia) , prawdopodobnie ujemna) z energii zmagazynowanej w silnym oddziaływaniu jądrowym, utrzymującej razem kwarki, antykwarki i gluony.

W pewnym sensie ryc. 2 próbuje wyeliminować różnicę między ryc. 1 i ryc. 3. Upraszcza ryż. 3, usuwając wiele par kwark-antykwark, które w zasadzie można nazwać efemerycznymi, ponieważ stale powstają i znikają, a nie są konieczne. Sprawia to jednak wrażenie, że gluony w nukleonach są bezpośrednią częścią silnej siły jądrowej, która utrzymuje protony. I nie wyjaśnia, skąd pochodzi masa protonu.

Na ryc. 1 ma jeszcze jedną wadę, poza wąskimi ramkami protonu i neutronu. Nie wyjaśnia niektórych właściwości innych hadronów, takich jak pion czy mezon rho. Te same problemy występują na ryc. 2.

Te ograniczenia doprowadziły do tego, że podaję moim uczniom i na mojej stronie zdjęcie z ryc. 3. Ale chcę cię ostrzec, że ma też wiele ograniczeń, które omówię później.

Należy zauważyć, że ekstremalna złożoność konstrukcji, sugerowana na ryc. 3 należy się spodziewać po obiekcie trzymanym razem przez tak potężną siłę, jak potężna siła jądrowa. I jeszcze jedno: trzy kwarki (dwa w górę i jeden w dół dla protonu), które nie są częścią grupy par kwark-antykwark, są często nazywane „kwarkami walencyjnymi”, a pary kwark-antykwarki są nazywane „morzem pary kwarków”. Taki język jest w wielu przypadkach wygodny technicznie. Ale daje to fałszywe wrażenie, że gdyby można było zajrzeć do wnętrza protonu i spojrzeć na konkretny kwark, można by od razu stwierdzić, czy był on częścią morza, czy wartościowością. Tego się nie da zrobić, po prostu nie ma takiej drogi.

Masa protonu i masa neutronu

Ponieważ masy protonu i neutronu są tak podobne, a proton i neutron różnią się tylko zastąpieniem kwarka górnego kwarkiem dolnym, wydaje się prawdopodobne, że ich masy są dostarczane w ten sam sposób, pochodzą z tego samego źródła , a ich różnica polega na niewielkiej różnicy między kwarkami górnym i dolnym. Ale powyższe trzy liczby pokazują, że istnieją trzy bardzo różne poglądy na pochodzenie masy protonu.

Ryż. 1 mówi, że kwarki górny i dolny stanowią po prostu 1/3 masy protonu i neutronu: około 0,313 GeV/c 2 , lub z powodu energii potrzebnej do utrzymania kwarków w protonie. A ponieważ różnica między masami protonu i neutronu jest ułamkiem procenta, różnica między masami kwarka górnego i dolnego również musi być ułamkiem procenta.

Ryż. 2 jest mniej jasne. Jaki ułamek masy protonu istnieje dzięki gluonom? Ale w zasadzie z rysunku wynika, że większość masy protonu nadal pochodzi z masy kwarków, jak na ryc. jeden.

Ryż. 3 odzwierciedla bardziej subtelne podejście do tego, jak faktycznie powstaje masa protonu (co możemy zweryfikować bezpośrednio za pomocą obliczeń komputerowych protonu, a nie bezpośrednio przy użyciu innych metod matematycznych). Bardzo różni się od pomysłów przedstawionych na ryc. 1 i 2, a okazuje się, że nie jest to takie proste.

Aby zrozumieć, jak to działa, należy myśleć nie w kategoriach masy protonu m, ale w kategoriach jego energii masy E = mc 2 , energii związanej z masą. Konceptualnie poprawne pytanie nie brzmi „skąd bierze się masa protonu m”, po czym można obliczyć E, mnożąc m przez c 2 , ale na odwrót: „skąd bierze się energia masy protonu E”, po czym możesz obliczyć masę m dzieląc E przez c 2 .

Przydatne jest sklasyfikowanie wkładów w energię masy protonów na trzy grupy:

A) Energia masy (energia spoczynkowa) zawartych w niej kwarków i antykwarków (gluony, cząstki bezmasowe, nie wnoszą żadnego wkładu).
B) Energia ruchu (energia kinetyczna) kwarków, antykwarków i gluonów.
C) Energia oddziaływania (energia wiązania lub energia potencjalna) zmagazynowana w silnym oddziaływaniu jądrowym (dokładniej w polach gluonowych) utrzymujących proton.

Ryż. 3 mówi, że cząstki wewnątrz protonu poruszają się z dużą prędkością i że jest on pełen bezmasowych gluonów, więc udział B) jest większy niż A). Zwykle w większości systemów fizycznych B) i C) są porównywalne, podczas gdy C) jest często ujemne. Tak więc energia masowa protonu (i neutronu) pochodzi głównie z kombinacji B) i C), przy czym A) ma niewielki ułamek. Dlatego masy protonu i neutronu pojawiają się głównie nie ze względu na masy zawartych w nich cząstek, ale ze względu na energie ruchu tych cząstek i energię ich oddziaływania związaną z polami gluonowymi generującymi siły utrzymujące proton. W większości znanych nam systemów bilans energii rozkłada się inaczej. Na przykład w atomach iw Układzie Słonecznym A) dominuje, podczas gdy B) i C) są uzyskiwane znacznie mniej i są porównywalne pod względem wielkości.

Podsumowując, zwracamy uwagę, że:

Ryż. 1 sugeruje, że energia masy protonu pochodzi od wkładu A).
Ryż. 2 sugeruje, że oba wkłady A) i C) są ważne, a B) wnosi niewielki wkład.
Ryż. 3 sugeruje, że B) i C) są ważne, podczas gdy wkład A) jest znikomy.

Wiemy, że ryż ma rację. 3. Aby to przetestować, możemy przeprowadzić symulacje komputerowe, a co ważniejsze, dzięki różnym przekonującym argumentom teoretycznym wiemy, że jeśli masy kwarków górnego i dolnego były równe zeru (a wszystko inne pozostało bez zmian), masa proton praktycznie by się zmienił. Najwyraźniej masy kwarków nie mogą wnosić istotnego wkładu w masę protonu.

Jeśli ryc. 3 nie kłamie, masy kwarka i antykwarka są bardzo małe. Jacy oni naprawdę są? Masa kwarka górnego (jak i antykwarka) nie przekracza 0,005 GeV/c 2 , czyli znacznie mniej niż 0,313 GeV/c 2 , co wynika z ryc. 1. (Masa kwarka górnego jest trudna do zmierzenia i zmienia się z powodu subtelnych efektów, więc może być znacznie mniejsza niż 0,005 GeV/c2). Masa kwarka dolnego jest o około 0,004 GeV/c 2 większa niż masa kwarka górnego. Oznacza to, że masa dowolnego kwarka lub antykwarka nie przekracza jednego procenta masy protonu.

Zauważ, że oznacza to (w przeciwieństwie do ryc. 1), że stosunek masy kwarka dolnego do kwarka górnego nie zbliża się do jedności! Masa kwarka dolnego jest co najmniej dwukrotnie większa od masy kwarka górnego. Powodem, dla którego masy neutronu i protonu są tak podobne, nie jest to, że masy kwarków górnego i dolnego są podobne, ale to, że masy kwarków górnego i dolnego są bardzo małe - a różnica między nimi jest niewielka, w stosunku do mas protonu i neutronu. Przypomnijmy, że aby przekształcić proton w neutron, wystarczy zastąpić jeden z jego kwarków górnych kwarkiem dolnym (rysunek 3). Ta zmiana wystarczy, aby neutron był nieco cięższy od protonu i zmienił jego ładunek z +e na 0.

Nawiasem mówiąc, fakt, że różne cząstki wewnątrz protonu zderzają się ze sobą, stale pojawiają się i znikają, nie ma wpływu na to, o czym rozmawiamy - energia jest zachowana w każdym zderzeniu. Energia masy i energia ruchu kwarków i gluonów może się zmieniać, podobnie jak energia ich oddziaływania, ale całkowita energia protonu się nie zmienia, chociaż wszystko w nim ulega ciągłym zmianom. Zatem masa protonu pozostaje stała, pomimo jego wewnętrznego wiru.

W tym momencie możesz zatrzymać się i przyswoić otrzymane informacje. Zdumiewający! Praktycznie cała masa zawarta w zwykłej materii pochodzi z masy nukleonów w atomach. A większość tej masy pochodzi z chaosu tkwiącego w protonie i neutronie - z energii ruchu kwarków, gluonów i antykwarków w nukleonach oraz z energii pracy silnych oddziaływań jądrowych, które utrzymują nukleon w całym stanie. Tak: nasza planeta, nasze ciała, nasz oddech są wynikiem takiego cichego i do niedawna niewyobrażalnego pandemonium.

NEUTRON(n) (z łac. nijakiego - ani jedno, ani drugie) - cząstka elementarna bez prądu elektrycznego. ładunek i masa, nieco większe niż masa protonu. Wraz z protonem pod ogólną nazwą. Nukleon jest częścią jąder atomowych. H. ma spin 1/2 i dlatego jest posłuszny Fermi - Statystyki Diraca(jest fermionem). należy do rodziny adra-now; ma liczba barionowa B= 1, czyli zaliczane do grupy bariony.

Został odkryty w 1932 roku przez J. Chadwicka, który wykazał, że twarde promieniowanie penetrujące powstające w wyniku bombardowania jąder berylu przez cząstki a składa się z elektrycznie obojętnych cząstek o masie w przybliżeniu równej masie protonu. W 1932 r. D. D. Ivanenko i W. Heisenberg wysunęli hipotezę, że jądra atomowe składają się z protonów i H. W przeciwieństwie do ładunku. cząstek, H. łatwo penetruje jądra przy dowolnej energii i z dużym prawdopodobieństwem powoduje reakcje jądrowe wychwytywanie (n,g), (n,a), (n,p) jeśli bilans energetyczny w reakcji jest dodatni. Prawdopodobieństwo egzotermii wzrasta wraz ze spowolnieniem H. odwrotnie proporcjonalna. jego prędkość. Wzrost prawdopodobieństwa reakcji wychwytywania H., gdy są one spowolnione w ośrodkach zawierających wodór, odkryli E. Fermi (E. Fermi) i współpracownicy w 1934 roku. Odkryto zdolność H. do wywoływania rozszczepiania ciężkich jąder O. Gan (O. Hahn) i F. Strassmann (F. . Strassman) w 1938 r. (zob. rozszczepienia jądrowego), służył jako podstawa do stworzenia broni jądrowej i. Specyfika oddziaływania wolnych neutronów z materią, które mają długość fali de Brogliego rzędu odległości atomowych (efekty rezonansowe, dyfrakcja itp.), służy jako podstawa do szerokiego wykorzystania wiązek neutronów w fizyce ciała stałego. (Klasyfikacja H. według energii - szybka, wolna, termiczna, zimna, ultrazimna - patrz art. fizyka neutronów.)

W stanie wolnym H. jest niestabilny – ulega rozpadowi typu B; n p + e - + v e; jego czas życia t n = 898(14) s, energia graniczna widma elektronowego wynosi 782 keV (patrz rys. rozpad beta neutronów). W stanie związanym, jako część jąder stabilnych, H. jest stabilny (według szacunków eksperymentalnych jego czas życia przekracza 10 32 lata). Według Astra. Szacuje się, że 15% widocznej materii Wszechświata jest reprezentowane przez H., które są częścią jąder 4 He. H. jest głównym. składnik gwiazdy neutronowe. Wolne H. w przyrodzie powstają w reakcjach jądrowych wywołanych przez cząstki a rozpadu promieniotwórczego, promieniowanie kosmiczne oraz w wyniku spontanicznego lub wymuszonego rozszczepienia ciężkich jąder. Sztuka. źródła H. są reaktory jądrowe, wybuchy jądrowe, akceleratory protonów (por. energia) i elektronów z tarczami wykonanymi z ciężkich pierwiastków. Źródła wiązek monochromatycznych H. o energii 14 MeV są niskoenergetyczne. akceleratory deuteronowe z tarczą trytową lub litową, a w przyszłości intensywnymi źródłami takiego H mogą okazać się instalacje termojądrowe CTS. (Cm. .)

Kluczowe cechy H.

Waga godz. t p = 939,5731(27) MeV/c 2 = = 1,008664967(34) o godz. jednostki masy 1,675. 10 -24 g. Różnicę między masami H. i protonu mierzono od max. dokładność od energetyki. bilans reakcji wychwytywania H. przez proton: n + p d + g (energia g-kwantowa = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Ładunek elektryczny H. Q n = 0. Najdokładniejsze pomiary bezpośrednie Q n wykonywane przez ugięcie wiązek zimnego lub ultrazimnego H. w elektrostatyce. pole: Q n<= 3·10 -21 ją jest ładunek elektronu). Kosv. dane elektryczne. neutralność makroskopowa. ilość podanego gazu Qn<= 2 10 -22 mi.

Zakręć H. J= 1 / 2 wyznaczono na podstawie bezpośrednich doświadczeń dotyczących rozszczepiania wiązki H. w niejednorodnym polu magnetycznym. pole na dwie składowe [w ogólnym przypadku liczba składowych wynosi (2 J + 1)].

Zgodny opis budowy hadronów na podstawie współczesnego. teoria silnej interakcji - chromodynamika kwantowa- podczas gdy spotyka się teoretycznie. trudności jednak dla wielu zadania są całkiem zadowalające. Wyniki dają opis oddziaływania nukleonów, reprezentowanych jako obiekty elementarne, poprzez wymianę mezonów. Eksperyment. eksploracja przestrzeni. Strukturę H. przeprowadza się za pomocą rozpraszania wysokoenergetycznych leptonów (elektronów, mionów, neutrin, uważanych we współczesnej teorii za cząstki punktowe) na deuteronach. Wkład rozpraszania na protonie jest mierzony w dep. eksperyment i można je odjąć za pomocą def. Oblicz. procedury.

Elastyczne i quasi-sprężyste (z rozszczepieniem deuteronu) rozpraszanie elektronów na deuteronie umożliwia wyznaczenie rozkładu gęstości elektrycznej. ładunek i magnes. moment H. ( współczynnik kształtu H.). Zgodnie z eksperymentem rozkład gęstości magnetycznej. moment H. z dokładnością rzędu kilku. procent pokrywa się z rozkładem gęstości elektrycznej. ładunek protonowy i ma promień RMS ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. współczynnik kształtu H. dość dobrze opisuje tzw. dipol f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2 , gdzie q 2 to kwadrat przenoszonego pędu w jednostkach (GeV/c) 2 .

Bardziej skomplikowana jest kwestia wielkości elektryczności. (opłata) współczynnik kształtu H. G E n. Z eksperymentów dotyczących rozpraszania przez deuteron można wywnioskować, że G E n ( q 2 ) <= 0,1 w przedziale kwadratów przesyłanych impulsów (0-1) (GeV/c) 2 . Na q 2 0 ze względu na brak elektryczności. opłata H. G E n- > 0, ale eksperymentalnie można wyznaczyć DG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Ta wartość to max. dokładnie znalezione z pomiarów długość rozpraszania H. na powłoce elektronowej ciężkich atomów. Główny część tej interakcji jest zdeterminowana przez pole magnetyczne. moment H. Max. precyzyjne eksperymenty dają długość ne-rozpraszania a ne = -1,378(18). 10 -16 cm, co różni się od obliczonej, określonej przez magn. moment H.: a ne \u003d -1,468. 10 -16 cm Różnica między tymi wartościami daje pierwiastek średniokwadratowy elektryczny. promień H.<r 2 mi n >= = 0,088(12) Fili DG E n ( q 2)/dq 2 | q 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F 2. Liczby te nie mogą być uznane za ostateczne ze względu na duże rozproszenie dekompresji danych. eksperymenty, które przekraczają podane błędy.

Cecha interakcji H. z większością jąder jest pozytywna. długość rozpraszania, która prowadzi do współczynnika. refrakcja< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. optyka neutronowa).

H. i oddziaływanie słabe (elektrosłabe). Ważnym źródłem informacji o oddziaływaniu elektrosłabym jest rozpad b wolnego H. Na poziomie kwarków proces ten odpowiada przejściu. Odwrotny proces oddziaływania elektronu z protonem, tzw. odwrotny rozpad b. Ta klasa procesów obejmuje: przechwytywanie elektroniczne, zachodzące w jądrach, re - n v mi.

Rozpad wolnego H. z uwzględnieniem kinematyki. parametry są opisane przez dwie stałe - wektor G V, co wynika z ochrona prądu wektora uniwersalny stała oddziaływania słabego i wektor osiowy G A, którego wartość określa dynamika silnie oddziałujących składników nukleonu - kwarków i gluonów. Funkcje falowe początkowego H. i końcowego protonu oraz elementu macierzy przejścia n p ze względu na izotop. niezmienności są obliczane dość dokładnie. W rezultacie obliczenie stałych G V oraz G A z rozpadu wolnego H. (w przeciwieństwie do obliczeń z rozpadu b jąder) nie ma związku z uwzględnianiem jądrowych czynników strukturalnych.

Czas życia H. bez uwzględnienia niektórych poprawek wynosi: t n = kg 2 V+ 3G 2 A) -1 , gdzie k obejmuje kinematykę. współczynniki i poprawki kulombowskie w zależności od granicznej energii rozpadu b i korekty radiacyjne.

Prawdopodobieństwo zaniku polaryzatorów. H. z wirowaniem S , energie i pędy elektronu i antyneutrina oraz R e, ogólnie opisuje się wyrażeniem:

Współcz. korelacje a, A, B, D może być reprezentowana jako funkcja parametru a = (G A/G V,)do potęgi( i f). Faza f jest niezerowa lub p, jeśli T- niezmienność jest złamana. W tabeli. eksperymenty są podane. wartości dla tych współczynników. i wynikowe wartości a i f.

Istnieje zauważalna różnica między danymi eksperymenty dla t n , osiągając kilka. procent.

Opis oddziaływania elektrosłabego z udziałem H. przy wyższych energiach jest znacznie trudniejszy ze względu na konieczność uwzględnienia budowy nukleonów. Na przykład m - przechwytywanie, m - p n v m jest opisane przez co najmniej dwukrotność liczby stałych. H. doświadcza również oddziaływań elektrosłabych z innymi hadronami bez udziału leptonów. Procesy te obejmują następujące.

1) Rozpady hiperonów L np 0 , S + np + , S - np - itd. Zmniejszone prawdopodobieństwo tych rozpadów w kilku razy mniejsze niż dla nieobcych cząstek, co opisuje wprowadzenie kąta Cabibbo (patrz rys. kącik cabibbo).

2) Oddziaływanie słabe n - n lub n - p, które objawia się siłami jądrowymi, które nie zachowują przestrzeni. parytet.Zwykła wielkość powodowanych przez nie skutków jest rzędu 10 -6 -10 -7 .

Oddziaływanie H. z jądrami średnimi i ciężkimi ma szereg cech, prowadzących w niektórych przypadkach do znacznego wzmocnienie efektów brak zachowania parzystości w jądrach. Jeden z tych efektów jest powiązany. różnica między przekrojem absorpcji H. c w kierunku propagacji i przeciw niemu, która w przypadku jądra 139 La wynosi 7% przy \u003d 1,33 eV, odpowiada R-falowy rezonans neutronowy. Powodem wzmocnienia jest połączenie niskiej energii. szerokość stanów jądra złożonego i duża gęstość poziomów o przeciwnej parzystości w tym jądrze złożonym, co zapewnia o 2–3 rzędy wielkości większe mieszanie składników o różnej parzystości niż w nisko położonych stanach jąder. W efekcie powstało szereg efektów: asymetria emisji g-kwantów względem spinu wychwyconych polaryzatorów. H. w reakcji (n, g), asymetria emisji ładunku. cząstki podczas rozpadu stanów związku w reakcji (n, p) lub asymetria emisji lekkiego (lub ciężkiego) fragmentu rozszczepienia w reakcji (n, p) f). Asymetrie mają wartość 10 -4 -10 -3 przy energii cieplnej H. In R Dodatkowo realizowane są rezonanse neutronów falowych. wzmocnienie związane z tłumieniem prawdopodobieństwa powstania składnika zachowującego parzystość tego stanu związku (ze względu na małą szerokość neutronów R-rezonans) w odniesieniu do składnika zanieczyszczenia o przeciwnej parzystości, czyli s-rezonans-sum. Jest to połączenie kilku Współczynnik wzmocnienia pozwala na zamanifestowanie się wyjątkowo słabego efektu z wartością charakterystyczną dla oddziaływania jądrowego.

Interakcje naruszające liczbę barionową. Teoretyczny modele wielkie zjednoczenie oraz superzwiązki przewidzieć niestabilność barionów - ich rozpad na leptony i mezony. Rozpady te mogą być zauważalne tylko dla najlżejszych barionów - p i n, które są częścią jąder atomowych. Dla interakcji ze zmianą liczby barionowej o 1, D B= 1, można by się spodziewać transformacji typu H.: n e + p - , czyli transformacji z emisją dziwnych mezonów. Poszukiwania takich procesów prowadzono w eksperymentach z użyciem kilkudziesięciu detektorów podziemnych. tysiąc ton. Na podstawie tych eksperymentów można stwierdzić, że czas rozpadu H. z naruszeniem liczby barionowej wynosi ponad 10 32 lata.

Dr. możliwy rodzaj interakcji z D W= 2 może prowadzić do zjawiska przekształcenia H. i antyneutrony w próżni, czyli do oscylacji . W przypadku braku zewnętrznych pola lub przy ich małej wartości, stany H. i antyneutronu są zdegenerowane, ponieważ ich masy są takie same, dlatego nawet bardzo słabe oddziaływania mogą je mieszać. Kryterium małości wew. pola to niewielka energia oddziaływania magnesu. moment H. z magn. pole (n i n ~ mają momenty magnetyczne przeciwne do znaku) w porównaniu do energii określonej przez czas T obserwacje H. (zgodnie z zależnością niepewności), D<=hT-jeden . Obserwując wytwarzanie antyneutronów w wiązce H. z reaktora lub innego źródła T to czas lotu H. do detektora. Liczba antyneutronów w wiązce wzrasta kwadratowo wraz z czasem lotu: /N n ~ ~ (T/t osc) 2 , gdzie t osc - czas oscylacji.

Bezpośrednie eksperymenty mające na celu obserwację wytwarzania i w zimnych wiązkach H. z reaktora wysokostrumieniowego dają granicę tosc > 107 s. W nadchodzących eksperymentach możemy spodziewać się wzrostu czułości do poziomu tosc ~ 10 9 s. Okolicznościami ograniczającymi są max. natężenie wiązek H. i imitacja zjawisk antyneutronów w detektorze kosmich. promienie.

Dr. metodą obserwacji oscylacji jest obserwacja anihilacji antyneutronów, które mogą powstawać w stabilnych jądrach. W tym przypadku, ze względu na dużą różnicę w energiach oddziaływania powstającego w jądrze antyneutronu z energią wiązania H.eff. czas obserwacji wynosi ~ 10 -22 s, ale duża liczba obserwowanych jąder (~10 32) częściowo kompensuje spadek czułości w porównaniu z eksperymentem z wiązką H. pewna niepewność, zależna od nieznajomości dokładnego rodzaju oddziaływania antyneutron wewnątrz jądra, to osc > (1-3). 10 7 pkt. Stworzenia. zwiększenie limitu tosc w tych eksperymentach jest utrudnione przez tło wywołane interakcją przestrzeni. neutrina z jądrami w detektorach podziemnych.

Należy zauważyć, że poszukiwanie rozpadu nukleonu za pomocą D B= 1 i poszukiwanie -oscylacji są niezależnymi eksperymentami, ponieważ są spowodowane przez fundamentalnie różne. rodzaje interakcji.

Oddziaływanie grawitacyjne H. Neutron jest jedną z nielicznych cząstek elementarnych, które wpadają w pole grawitacyjne. Pole Ziemi można obserwować eksperymentalnie. Pomiar bezpośredni dla H. wykonywany jest z dokładnością do 0,3% i nie różni się od makroskopowego. Pozostaje kwestia zgodności zasada równoważności(równości mas bezwładnościowych i grawitacyjnych) dla H. i protonów.

Najdokładniejsze eksperymenty przeprowadzono metodą Et-vesh dla ciał o różnych porach. wartości relacji A/Z, gdzie ALE- w. Pokój, Z- ładunek jąder (w jednostkach ładunku elementarnego mi). Z tych eksperymentów wynika to samo przyspieszenie swobodnego spadania H. i protonów na poziomie 2·10 -9 oraz równość grawitacji. oraz masa bezwładności na poziomie ~10 -12 .

Powaga przyspieszanie i zwalnianie są szeroko stosowane w eksperymentach z ultrazimnym H. Wykorzystanie grawitacji refraktometr do zimnego i ultrazimnego H. pozwala z dużą dokładnością zmierzyć długość spójnego rozpraszania H. na substancji.

H. w kosmologii i astrofizyce

Według współczesnego reprezentacje w modelu Gorącego Wszechświata (zob. teoria gorącego wszechświata) tworzenie barionów, w tym protonów i H., następuje w pierwszych minutach życia Wszechświata. W przyszłości pewna część H., która nie miała czasu na rozkład, jest wychwytywana przez protony z utworzeniem 4 He. Stosunek wodoru do 4He w tym przypadku wynosi 70% do 30% wagowych. Podczas formowania się gwiazd i ich ewolucji, dalej nukleosynteza aż do jąder żelaza. Powstawanie cięższych jąder następuje w wyniku wybuchów supernowych z narodzinami gwiazd neutronowych, stwarzając możliwość sukcesji. H. wychwytywanie przez nuklidy. Jednocześnie połączenie tzw. s-proces - powolne wychwytywanie H. z rozpadem b między kolejnymi wychwytywaniem i r-proces - szybkie śledzenie. uchwycić podczas eksplozji gwiazd w głównej. może wyjaśnić zaobserwowane obfitość pierwiastków w kosmosie przedmioty.

W podstawowym składniku kosmosu Promienie H. są prawdopodobnie nieobecne z powodu ich niestabilności. H., powstały w pobliżu powierzchni Ziemi, dyfundując w kosmos. przestrzeń i rozpadający się tam najwyraźniej przyczyniają się do powstawania elementów elektronicznych i protonowych pasy radiacyjne Ziemia.

Oświetlony.: Gurevich I. S., Tarasov L. V., Fizyka neutronów o niskiej energii, M., 1965; Aleksandrow Yu A.,. Podstawowe właściwości neutronów, wyd. 2, M., 1982.

Porozmawiajmy o tym, jak znaleźć protony, neutrony i elektrony. W atomie istnieją trzy rodzaje cząstek elementarnych, a każda z nich ma swój własny ładunek elementarny, masę.

Struktura jądra

Aby zrozumieć, jak znaleźć protony, neutrony i elektrony, wyobraź sobie, że jest to główna część atomu. Wewnątrz jądra znajdują się protony i neutrony zwane nukleonami. Wewnątrz jądra cząstki te mogą przechodzić między sobą.

Na przykład, aby znaleźć w nim protony, neutrony i elektrony, konieczna jest znajomość jego numeru seryjnego. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że to właśnie ten pierwiastek kieruje układem okresowym, to w jego jądrze znajduje się jeden proton.

Średnica jądra atomowego wynosi dziesięć tysięcznych całkowitej wielkości atomu. Zawiera większość całego atomu. Masa jądra jest tysiące razy większa niż suma wszystkich elektronów obecnych w atomie.

Charakterystyka cząstek

Zastanów się, jak znaleźć protony, neutrony i elektrony w atomie i poznaj ich cechy. Proton to ten, który odpowiada jądru atomu wodoru. Jego masa przekracza elektron o 1836 razy. Aby określić jednostkę energii elektrycznej przechodzącej przez przewodnik o danym przekroju, użyj ładunku elektrycznego.

Każdy atom ma w swoim jądrze pewną liczbę protonów. Jest to stała wartość charakteryzująca właściwości chemiczne i fizyczne danego pierwiastka.

Jak znaleźć protony, neutrony i elektrony w atomie węgla? Liczba atomowa tego pierwiastka chemicznego wynosi 6, dlatego jądro zawiera sześć protonów. Zgodnie z układem planetarnym sześć elektronów porusza się po orbitach wokół jądra. Aby określić liczbę neutronów od wartości węgla (12) odejmij liczbę protonów (6), otrzymujemy sześć neutronów.

W przypadku atomu żelaza liczba protonów odpowiada 26, to znaczy ten pierwiastek ma 26 numer seryjny w układzie okresowym.

Neutron jest cząstką obojętną elektrycznie, niestabilną w stanie swobodnym. Neutron może spontanicznie przekształcić się w dodatnio naładowany proton, emitując jednocześnie antyneutrino i elektron. Jego średni okres półtrwania to 12 minut. Liczba masowa to suma liczby protonów i neutronów wewnątrz jądra atomu. Spróbujmy dowiedzieć się, jak znaleźć protony, neutrony i elektrony w jonie? Jeśli atom uzyskuje dodatni stan utlenienia podczas interakcji chemicznej z innym pierwiastkiem, to liczba znajdujących się w nim protonów i neutronów nie zmienia się, tylko elektrony stają się mniejsze.

Wniosek

Istniało kilka teorii dotyczących budowy atomu, ale żadna z nich nie była realna. Przed wersją stworzoną przez Rutherforda nie było szczegółowych wyjaśnień na temat położenia protonów i neutronów wewnątrz jądra, a także rotacji elektronów na orbitach kołowych. Po pojawieniu się teorii planetarnej budowy atomu badacze mieli okazję nie tylko określić liczbę cząstek elementarnych w atomie, ale także przewidzieć właściwości fizyczne i chemiczne danego pierwiastka chemicznego.

Cały świat materialny, według współczesnej fizyki, zbudowany jest z trzech cząstek elementarnych: protonu, neutronu i elektronu. Ponadto, według nauki, we wszechświecie istnieją inne „elementarne” cząstki materii, których niektóre nazwy wyraźnie przekraczają normę. Jednocześnie funkcja tych innych „cząstek elementarnych” w istnieniu i ewolucji wszechświata nie jest jasna.

Rozważ inną interpretację cząstek elementarnych:

Jest tylko jedna elementarna cząstka materii - proton. Wszystkie inne „cząstki elementarne”, w tym neutron i elektron, są tylko pochodnymi protonu i odgrywają bardzo skromną rolę w ewolucji wszechświata. Zastanówmy się, jak powstają takie „cząstki elementarne”.

Szczegółowo zbadaliśmy strukturę elementarnej cząstki materii w artykule „”. Krótko o cząstce elementarnej:

Elementarna cząsteczka materii ma postać wydłużonej nici w przestrzeni.
Cząstka elementarna może się rozciągać. W procesie rozciągania spada gęstość materii wewnątrz cząstki elementarnej.
Odcinek cząstki elementarnej, w którym gęstość materii spada o połowę, nazwaliśmy kwant materii .
W procesie ruchu cząsteczka elementarna w sposób ciągły pochłania (fałduje) energię.
Punkt absorpcji energii ( punkt anihilacji ) znajduje się na końcu wektora ruchu cząstki elementarnej.
Dokładniej: na czubku aktywnego kwantu materii.
Pochłaniając energię, cząsteczka elementarna stale zwiększa prędkość swojego ruchu do przodu.
Elementarna cząstka materii jest dipolem. W którym siły przyciągania są skoncentrowane w przedniej części (w kierunku ruchu) cząstki, a siły odpychania są skoncentrowane w tylnej części.

Właściwość bycia elementarnym w przestrzeni teoretycznie oznacza możliwość zmniejszenia gęstości materii do zera. A to z kolei oznacza możliwość jej mechanicznego pęknięcia: miejsce pęknięcia elementarnej cząstki materii można przedstawić jako jej odcinek o zerowej gęstości materii.

W procesie anihilacji (absorpcji energii) cząstka elementarna, zwijając energię, stale zwiększa prędkość swojego ruchu translacyjnego w przestrzeni.

Ewolucja galaktyki w końcu prowadzi elementarne cząstki materii do momentu, w którym stają się zdolne do wywierania na siebie efektu rozdzierania. Cząstki elementarne mogą nie spotykać się na równoległych kursach, gdy jedna cząstka zbliża się do drugiej powoli i płynnie, jak statek do molo. Mogą spotykać się w kosmosie i na przeciwnych trajektoriach. Wtedy mocne zderzenie i w rezultacie pęknięcie cząstki elementarnej jest prawie nieuniknione. Mogą dostać się pod bardzo potężną falę zaburzeń energii, co również prowadzi do zerwania.

Czym mogą być „rumowiska” powstałe w wyniku pęknięcia elementarnej cząstki materii?

Rozważmy przypadek, w którym w wyniku oddziaływania zewnętrznego z elementarnych cząstek materii - atomu deuteru - rozpadły się na proton i neutron.

Zerwanie struktury pary nie występuje w miejscu ich połączenia -. Jedna z dwóch cząstek elementarnych struktury pary pęka.

Proton i neutron różnią się między sobą strukturą.

Proton to nieco skrócona (po zerwaniu) cząstka elementarna,
neutron - struktura składająca się z jednej pełnoprawnej cząstki elementarnej i "kikuta" - przedniego, lekkiego wierzchołka pierwszej cząstki.

Pełnoprawna cząstka elementarna ma w swoim składzie kompletny zestaw - kwanty materii "N". Proton ma kwant materii "N-n". Neutron ma kwanty "N + n".

Zachowanie protonu jest jasne. Nawet tracąc końcowy kwant materii, aktywnie kontynuuje energię: gęstość materii jego nowego końcowego kwantu zawsze odpowiada warunkom anihilacji. Ten nowy ostateczny kwant materii staje się nowym punktem anihilacji. Ogólnie proton zachowuje się zgodnie z oczekiwaniami. Właściwości protonów są dobrze opisane w każdym podręczniku fizyki. Tylko stanie się trochę lżejszy niż jego „pełnoprawny” odpowiednik - pełnoprawna elementarna cząstka materii.

Neutron zachowuje się inaczej. Rozważmy najpierw strukturę neutronu. To jego struktura wyjaśnia jego „dziwność”.

Zasadniczo neutron składa się z dwóch części. Pierwsza część to pełnoprawna elementarna cząstka materii z punktem anihilacji na przodzie. Druga część to silnie skrócony, lekki „kikut” pierwszej cząstki elementarnej, pozostały po pęknięciu podwójnej struktury, a także posiadający punkt anihilacji. Te dwie części są połączone punktami anihilacji. Zatem neutron ma podwójny punkt anihilacji.

Logika myślenia sugeruje, że te dwie ważone części neuronu będą zachowywać się inaczej. Jeśli pierwsza część, która jest cząsteczką elementarną o pełnej masie, zgodnie z oczekiwaniami unicestwi energię swobodną i stopniowo przyśpieszy w przestrzeni wszechświata, to druga, lekka część zacznie w szybszym tempie anihilować energię swobodną.

Ruch elementarnej cząstki materii w przestrzeni odbywa się dzięki: dyfundującej energii ciągnie cząstkę, która wpadła w jej przepływy. Oczywiste jest, że im mniej masywna cząsteczka materii, tym łatwiej przepływ energii ciągnie ją za sobą, tym większa jest prędkość tej cząsteczki. Oczywiste jest, że im większa ilość energii jednocześnie zwija aktywny kwant, im silniejsze są przepływy energii dyfundującej, tym przepływy te łatwiej ciągną za sobą cząstkę. Otrzymujemy zależność: Prędkość ruchu postępowego cząstki materii w przestrzeni jest proporcjonalna do masy materii jej aktywnego kwantu i odwrotnie proporcjonalna do całkowitej masy cząstki materii :

Druga, lekka część neutronu ma masę wielokrotnie mniejszą niż masa pełnej masy elementarnej cząstki materii. Ale masy ich aktywnych kwantów są równe. To znaczy: w tym samym tempie unicestwiają energię. Otrzymujemy: prędkość ruchu translacyjnego drugiej części neutronu będzie miała tendencję do gwałtownego wzrostu i zacznie szybciej anihilować energię. (Aby nie wprowadzać zamieszania, drugą, lekką część neutronu nazwiemy elektronem).

rysunek neutronu

Gwałtownie rosnąca ilość energii anihilowanej jednocześnie przez elektron w składzie neutronu prowadzi do bezwładności neutronu. Elektron zaczyna anihilować więcej energii niż jego „sąsiad” – pełnoprawna cząstka elementarna. Nie może jeszcze oderwać się od wspólnego punktu anihilacji neutronów: przeszkadzają potężne siły przyciągania. W rezultacie elektron zaczyna „jeść” za wspólnym punktem anihilacji.

Jednocześnie elektron zaczyna się przesuwać względem swojego partnera, a jego koncentracja energii swobodnej wpada w strefę działania punktu anihilacji sąsiada. Który natychmiast zaczyna „zjadać” to zgrubienie. Takie przełączenie elektronu i pełnowartościowej cząstki na zasoby „wewnętrzne” – kondensację swobodnej energii za punktem anihilacji – prowadzi do gwałtownego spadku sił przyciągania i odpychania neutronu.

Oderwanie się elektronu od ogólnej struktury neutronu następuje w momencie, gdy przemieszczenie elektronu względem cząstki elementarnej o pełnej masie staje się wystarczająco duże, siła dążąca do zerwania wiązań przyciągania dwóch punktów anihilacji zaczyna przekraczać siła przyciągania tych punktów anihilacji, a druga, jasna część neutronu (elektron) szybko odlatuje.

W rezultacie neutron rozpada się na dwie jednostki: pełnoprawną cząstkę elementarną - proton i lekką, skróconą część elementarnej cząstki materii - elektron.

Według współczesnych danych struktura pojedynczego neutronu istnieje przez około piętnaście minut. Następnie spontanicznie rozpada się na proton i elektron. Te piętnaście minut to czas przemieszczania się elektronu względem wspólnego punktu anihilacji neutronu i jego walki o swoją „wolność”.

Podsumujmy kilka wyników:

PROTON to pełnoprawna elementarna cząstka materii, z jednym punktem anihilacji lub ciężka część elementarnej cząstki materii, która pozostaje po oddzieleniu od niej kwantów światła.
NEUTRON to podwójna struktura, posiadająca dwa punkty anihilacji i składająca się z elementarnej cząstki materii oraz lekkiej, przedniej części innej elementarnej cząstki materii.
ELEKTRON - przednia część elementarnej cząstki materii, która posiada jeden punkt anihilacji, składający się z kwantów światła, powstałych w wyniku rozerwania elementarnej cząstki materii.
Uznana przez naukę struktura „proton-neutron” to ATOM DEUTERIUM, struktura dwóch cząstek elementarnych, która ma podwójny punkt anihilacji.

Elektron nie jest niezależną cząstką elementarną krążącą wokół jądra atomu.

Elektron, jak uważa nauka, nie znajduje się w składzie atomu.

A jądro atomu jako takie nie istnieje w naturze, tak jak nie ma neutronu w postaci niezależnej elementarnej cząstki materii.

Zarówno elektron, jak i neutron są pochodnymi struktury pary dwóch cząstek elementarnych, po rozbiciu na dwie nierówne części w wyniku oddziaływania zewnętrznego. W składzie atomu dowolnego pierwiastka chemicznego proton i neutron są standardową strukturą pary - dwie pełnowagowe cząstki elementarne materii - dwa protony połączone punktami anihilacji.

We współczesnej fizyce istnieje niezachwiane stanowisko, że proton i elektron mają równe, ale przeciwne ładunki elektryczne. Podobno w wyniku interakcji tych przeciwnych ładunków przyciągają się do siebie. Dość logiczne wyjaśnienie. Prawidłowo odzwierciedla mechanizm zjawiska, ale jest całkowicie błędny - jego istota.

Cząstki elementarne nie mają ani dodatnich, ani ujemnych ładunków „elektrycznych”, tak jak nie ma specjalnej formy materii w postaci „pola elektrycznego”. Taka „elektryczność” jest wynalazkiem człowieka, spowodowanym nieumiejętnością wyjaśnienia istniejącego stanu rzeczy.

„Elektryczność” i elektron do siebie są w rzeczywistości tworzone przez przepływy energii skierowane do ich punktów anihilacji, w wyniku ich ruchu naprzód w przestrzeni wszechświata. Kiedy wpadają w strefę działania sił przyciągania się nawzajem. To naprawdę wygląda na oddziaływanie równej wielkości, ale przeciwnych ładunków elektrycznych.

„podobne ładunki elektryczne”, na przykład: dwa protony lub dwa elektrony również mają inne wytłumaczenie. Odpychanie występuje, gdy jedna z cząstek wejdzie w strefę działania sił odpychających innej cząstki - czyli w strefę kondensacji energii za jej punktem anihilacji. Omówiliśmy to w poprzednim artykule.

Oddziaływanie „proton – antyproton”, „elektron – pozyton” też ma inne wytłumaczenie. Przez takie oddziaływanie rozumiemy oddziaływanie ducha protonów lub elektronów, gdy poruszają się po kursie kolizyjnym. W tym przypadku, ze względu na ich interakcję tylko przez przyciąganie (nie ma odpychania, ponieważ strefa odpychania każdego z nich znajduje się za nimi), następuje ich twardy kontakt. W efekcie zamiast dwóch protonów (elektronów) otrzymujemy zupełnie inne „cząstki elementarne”, które są właściwie pochodnymi sztywnego oddziaływania tych dwóch protonów (elektronów).

Struktura atomowa substancji. Model atomowy

Rozważ strukturę atomu.

Neutron i elektron - jako elementarne cząstki materii - nie istnieją. To właśnie omówiliśmy powyżej. W związku z tym: nie ma jądra atomu i jego powłoki elektronowej. Ten błąd jest potężną przeszkodą w dalszych badaniach nad strukturą materii.

Jedyną elementarną cząstką materii jest tylko proton. Atom dowolnego pierwiastka chemicznego składa się ze sparowanych struktur dwóch elementarnych cząstek materii (z wyjątkiem izotopów, gdzie do sparowanej struktury dodaje się więcej cząstek elementarnych).

Dla naszego dalszego rozumowania konieczne jest rozważenie pojęcia wspólnego punktu zagłady.

Cząstki elementarne materii oddziałują ze sobą poprzez punkty anihilacji. Ta interakcja prowadzi do powstania struktur materialnych: atomów, cząsteczek, ciał fizycznych... które mają wspólny punkt anihilacji atomu, wspólny punkt anihilacji cząsteczki...

OGÓLNY PUNKT ANIHILACJI - to połączenie dwóch pojedynczych punktów anihilacji elementarnych cząstek materii we wspólny punkt anihilacji struktury pary lub wspólne punkty anihilacji struktur par we wspólny punkt anihilacji atomu pierwiastka chemicznego lub wspólna anihilacja punkty atomów pierwiastków chemicznych - we wspólny punkt anihilacji cząsteczki.

Najważniejsze jest to, że połączenie cząstek materii działa jak przyciąganie i odpychanie jako pojedynczy integralny obiekt. W końcu nawet każde ciało fizyczne można przedstawić jako wspólny punkt anihilacji tego ciała fizycznego: ciało to przyciąga do siebie inne ciała fizyczne jako pojedynczy, integralny obiekt fizyczny, jako pojedynczy punkt anihilacji. W tym przypadku otrzymujemy zjawiska grawitacyjne - przyciąganie między ciałami fizycznymi.

W fazie cyklu rozwojowego galaktyki, kiedy siły przyciągania stają się wystarczająco duże, rozpoczyna się unifikacja atomów deuteru w struktury innych atomów. Atomy pierwiastków chemicznych powstają sekwencyjnie, wraz ze wzrostem prędkości ruchu translacyjnego cząstek elementarnych materii (czytaj: prędkość ruchu translacyjnego galaktyki w przestrzeni wszechświata) poprzez dołączanie nowych par struktur cząstek elementarnych materii do atomu deuteru.

Unifikacja następuje sekwencyjnie: w każdym nowym atomie pojawia się jedna nowa struktura pary cząstek elementarnych materii (rzadziej pojedyncza cząsteczka elementarna). Co daje nam połączenie atomów deuteru w strukturę innych atomów:

Pojawia się wspólny punkt anihilacji atomu. Oznacza to, że nasz atom będzie oddziaływał poprzez przyciąganie i odpychanie ze wszystkimi innymi atomami i cząstkami elementarnymi jako pojedyncza integralna struktura.
Pojawia się przestrzeń atomu, wewnątrz której gęstość energii swobodnej wielokrotnie przewyższa gęstość energii swobodnej poza jego przestrzenią. Bardzo wysoka gęstość energii za pojedynczym punktem anihilacji w przestrzeni atomu po prostu nie zdąży mocno spaść: odległości między cząstkami elementarnymi są zbyt małe. Średnia gęstość energii swobodnej w przestrzeni wewnątrzatomowej jest wielokrotnie większa niż wartość stałej gęstości energii swobodnej przestrzeni wszechświata.

W budowie atomów pierwiastków chemicznych, molekuł substancji chemicznych, ciał fizycznych przejawia się najważniejsze prawo oddziaływania cząstek materialnych z ciałami:

Siła wiązań wewnątrzjądrowych, chemicznych, elektrycznych, grawitacyjnych zależy od odległości między punktami anihilacji wewnątrz atomu, między wspólnymi punktami anihilacji atomów wewnątrz molekuł, między wspólnymi punktami anihilacji molekuł w ciałach fizycznych, między ciałami fizycznymi. Im mniejsza odległość między wspólnymi punktami anihilacji, tym silniejsze siły przyciągające działają między nimi.

Jest jasne, że:

Przez wiązania wewnątrzjądrowe rozumiemy oddziaływania między cząstkami elementarnymi oraz między strukturami par w atomach.
Przez wiązania chemiczne rozumiemy oddziaływania między atomami w strukturze cząsteczek.
Przez połączenia elektryczne rozumiemy interakcje między cząsteczkami w składzie ciał fizycznych, cieczy, gazów.
Przez wiązania grawitacyjne rozumiemy interakcje między ciałami fizycznymi.

Powstawanie drugiego pierwiastka chemicznego - atomu helu - następuje, gdy galaktyka przyspiesza w przestrzeni do odpowiednio dużej prędkości.Gdy siła przyciągania dwóch atomów deuteru osiąga dużą wartość, zbliżają się one na odległość, która pozwala im połączyć się w jedną poczwórna struktura atomu helu.

Dalszy wzrost szybkości postępującego ruchu galaktyki prowadzi do powstania atomów kolejnych (zgodnie z układem okresowym) pierwiastków chemicznych. Jednocześnie: geneza atomów każdego pierwiastka chemicznego odpowiada jego własnej, ściśle określonej prędkości postępującego ruchu galaktyki w przestrzeni wszechświata. Zadzwońmy do niej standardowa szybkość tworzenia atomu pierwiastka chemicznego .

Atom helu jest drugim po wodorze atomem, który powstaje w galaktyce. Następnie, wraz ze wzrostem prędkości ruchu galaktyki do przodu, następny atom deuteru przebija się do atomu helu. Oznacza to, że prędkość ruchu naprzód galaktyki osiągnęła standardową szybkość tworzenia atomu litu. Wtedy osiągnie standardową szybkość tworzenia się atomu berylu, węgla… i tak dalej, zgodnie z układem okresowym.

model atomu

Na powyższym schemacie widzimy, że:

Każdy okres w atomie jest pierścieniem o sparowanych strukturach.
Centrum atomu zawsze zajmuje poczwórna struktura atomu helu.
Wszystkie sparowane struktury z tego samego okresu znajdują się ściśle na tej samej płaszczyźnie.
Odległości między okresami są znacznie większe niż odległości między strukturami par w jednym okresie.

Oczywiście jest to schemat bardzo uproszczony i nie oddaje wszystkich realiów budowy atomów. Na przykład: każda nowa struktura pary, łącząc atom, wypiera pozostałe struktury par okresu, do którego jest przyłączona.

Otrzymujemy zasadę konstruowania okresu w postaci pierścienia wokół geometrycznego środka atomu:

struktura z epoki zbudowana jest w jednej płaszczyźnie. Ułatwia to ogólny wektor ruchu translacyjnego wszystkich cząstek elementarnych galaktyki.
struktury par z tego samego okresu są budowane wokół geometrycznego środka atomu w równej odległości.
atom, wokół którego budowany jest nowy okres, zachowuje się wobec tego nowego okresu jako pojedynczy integralny system.

Otrzymujemy więc najważniejszą prawidłowość w budowie atomów pierwiastków chemicznych:

PRAWIDŁOWOŚĆ ŚCIŚLE OKREŚLONEJ LICZBY STRUKTUR PARYCH: jednocześnie w pewnej odległości od geometrycznego środka wspólnego punktu anihilacji atomu można zlokalizować tylko określoną liczbę par struktur elementarnych cząstek materii.

Czyli: w drugim, trzecim okresie układu okresowego pierwiastków po osiem pierwiastków, w czwartym, piątym - osiemnaście, w szóstym, siódmym - trzydzieści dwa. Rosnąca średnica atomu pozwala na wzrost liczby par struktur w każdym kolejnym okresie.

Oczywiste jest, że ten wzór określa zasadę okresowości w budowie atomów pierwiastków chemicznych, odkrytą przez D.I. Mendelejew.

Każdy okres wewnątrz atomu pierwiastka chemicznego zachowuje się w stosunku do niego jak pojedynczy integralny układ. Określają to skoki odległości między okresami: znacznie większe niż odległości między strukturami par w okresie.

Atom o niepełnym okresie wykazuje aktywność chemiczną zgodnie z powyższą prawidłowością. Ponieważ istnieje nierównowaga sił przyciągania i odpychania atomu na korzyść sił przyciągania. Ale wraz z dodaniem struktury ostatniej pary brak równowagi znika, nowy okres przybiera formę regularnego koła - staje się pojedynczym, integralnym, kompletnym systemem. I otrzymujemy atom gazu obojętnego.

Najważniejszym wzorem konstruowania struktury atomu jest: atom ma kaskadę płaskąStruktura . Coś jak żyrandol.

pary struktur tego samego okresu powinny znajdować się w tej samej płaszczyźnie prostopadłej do wektora ruchu translacyjnego atomu.
w tym samym czasie okresy w atomie muszą się kaskadować.

To wyjaśnia, dlaczego w drugim i trzecim okresie (a także w czwartym – piątym, szóstym – siódmym) ta sama liczba par struktur (patrz rysunek poniżej). Taka struktura atomu jest konsekwencją rozkładu sił przyciągania i odpychania cząstki elementarnej: siły przyciągające działają w przedniej (w kierunku ruchu) półkuli cząstki, odpychające - w tylnej półkuli.

W przeciwnym razie skupiska energii swobodnej za punktami anihilacji niektórych struktur par wpadną w strefę przyciągania punktów anihilacji innych struktur par, a atom nieuchronnie rozpadnie się.

Poniżej widzimy schematyczny obraz wolumetryczny atomu argonu

model atomu argonu

Na poniższym rysunku widzimy „przekrój”, „widok z boku” dwóch okresów atomu - drugiego i trzeciego:

Tak właśnie powinny być zorientowane sparowane struktury względem środka atomu w okresach o równej liczbie sparowanych struktur (druga – trzecia, czwarta – piąta, szósta – siódma).

Ilość energii w kondensacji za punktem anihilacji cząstki elementarnej stale rośnie. Wynika to jasno ze wzoru:

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

gdzie:

E 1 to ilość energii swobodnej skumulowanej (pochłoniętej) przez punkt anihilacji z przedniej półkuli ruchu.

E 2 to ilość energii swobodnej złożonego (pochłoniętego) punktu anihilacji z tylnej półkuli ruchu.

ΔЕ jest różnicą pomiędzy ilością energii swobodnej skumulowanej (pochłoniętej) z przedniej i tylnej półkuli ruchu cząstki elementarnej.

W to prędkość ruchu cząstki elementarnej.

Widzimy tutaj ciągły wzrost masy kondensacji energii za punktem anihilacji poruszającej się cząstki, wraz ze wzrostem prędkości jej ruchu do przodu.

W strukturze atomu przejawi się to tym, że gęstość energii stojąca za strukturą każdego kolejnego atomu będzie rosła wykładniczo. Punkty anihilacji trzymają się nawzajem siłą przyciągania „żelaznym uściskiem”. Jednocześnie rosnąca siła odpychająca będzie coraz bardziej odchylać od siebie struktury par atomu. Otrzymujemy więc płaską - kaskadową budowę atomu.

Atom swoim kształtem powinien przypominać kształt miski, gdzie „dnem” jest budowa atomu helu. A „krawędzie” miski to ostatni okres. Miejsca "zagięć miski": drugi - trzeci, czwarty - piąty, szósty - siódmy okres. Te „zagięcia” pozwalają na tworzenie różnych okresów o równej liczbie sparowanych struktur.

model atomu helu

To płasko-kaskadowa struktura atomu i układ pierścieniowy struktur parowych w nim określa okresowość i rząd budowy układu okresowego pierwiastków chemicznych Mendelejewa, okresowość przejawiania się podobnych właściwości chemicznych atomów jednego wiersz układu okresowego.

Płaszczyzna - kaskadowa budowa atomu daje wygląd pojedynczej przestrzeni atomu o dużej gęstości energii swobodnej.

Wszystkie struktury parowe atomu są zorientowane w kierunku środka atomu (a raczej: w kierunku punktu znajdującego się na geometrycznej osi atomu, w kierunku ruchu atomu).
Wszystkie poszczególne punkty anihilacji znajdują się wzdłuż pierścieni okresów wewnątrz atomu.
Wszystkie poszczególne klastry darmowej energii znajdują się za ich punktami anihilacji.

Rezultat: pojedyncza koncentracja energii swobodnej o wysokiej gęstości, której granice są granicami atomu. Granice te, jak rozumiemy, są granicami działania sił znanych w nauce jako siły Yukawa.

Płasko-kaskadowa struktura atomu daje w pewien sposób redystrybucję stref sił przyciągania i odpychania. Już obserwujemy redystrybucję stref sił przyciągania i odpychania w strukturze sparowanej:

Strefa działania sił odpychających struktury pary wzrasta ze względu na strefę działania sił jej przyciągania (w porównaniu do pojedynczych cząstek elementarnych). Odpowiednio zmniejsza się strefa działania sił przyciągających. (Strefa działania siły przyciągania maleje, ale nie sama siła). Płasko-kaskadowa struktura atomu daje nam jeszcze większy wzrost strefy działania sił odpychania atomu.

Z każdym nowym okresem strefa działania sił odpychających ma tendencję do tworzenia pełnej kuli.
Strefa działania sił przyciągania będzie miała coraz mniejszą średnicę stożka

W budowie nowego okresu atomu można prześledzić jeszcze jedną prawidłowość: wszystkie struktury parowe jednego okresu są usytuowane ściśle symetrycznie względem geometrycznego środka atomu, niezależnie od liczby struktur parowych w okresie.

Każda nowa struktura par, łącząc się, zmienia położenie wszystkich pozostałych struktur par okresu tak, że odległości między nimi w okresie są zawsze równe. Odległości te zmniejszają się wraz z dodaniem struktury następnej pary. Niepełny okres zewnętrzny atomu pierwiastka chemicznego sprawia, że jest on chemicznie aktywny.

Odległości między okresami, które są znacznie większe niż odległości między sparowanymi cząstkami w okresie, sprawiają, że okresy są od siebie względnie niezależne.

Każdy okres atomu jest powiązany ze wszystkimi innymi okresami i z całym atomem jako niezależną całością.

Oznacza to, że aktywność chemiczna atomu jest prawie w 100% określona tylko przez ostatni okres atomu. Całkowicie wypełniony ostatni okres daje nam maksymalnie wypełnioną strefę sił odpychania atomu. Aktywność chemiczna atomu jest prawie zerowa. Atom, jak piłka, odpycha od siebie inne atomy. Widzimy tutaj gaz. I to nie tylko gaz, ale gaz obojętny.

Dodanie struktury pierwszej pary nowego okresu zmienia ten sielankowy obraz. Rozkład stref działania sił odpychania i przyciągania zmienia się na korzyść sił przyciągania. Atom staje się chemicznie aktywny. To jest atom metalu alkalicznego.

Wraz z dodaniem każdej kolejnej struktury parowej zmienia się równowaga stref rozkładu sił przyciągania i odpychania atomu: zwiększa się strefa sił odpychania, zmniejsza się strefa sił przyciągania. A każdy następny atom staje się trochę mniej metalowy i trochę bardziej niemetalowy.

Płaskokaskadowa forma atomów, redystrybucja stref działania sił przyciągania i odpychania daje nam to, co następuje: Atom pierwiastka chemicznego, spotykając się z innym atomem nawet na kursie kolizyjnym, niezawodnie wpada w tę strefę działania sił odpychania tego atomu. I nie niszczy siebie i nie niszczy tego drugiego atomu.

Wszystko to prowadzi nas do niezwykłego rezultatu: atomy pierwiastków chemicznych, wchodzące w związki ze sobą, tworzą trójwymiarowe struktury cząsteczek. W przeciwieństwie do płaskiej – kaskadowej budowy atomów. Cząsteczka to stabilna trójwymiarowa struktura atomów.

Rozważ przepływ energii wewnątrz atomów i cząsteczek.

Przede wszystkim zauważamy, że cząsteczka elementarna będzie absorbować energię w cyklach. Czyli: w pierwszej połowie cyklu cząstka elementarna pochłania energię z najbliższej przestrzeni. Powstaje tu pustka - przestrzeń bez darmowej energii.

W drugiej połowie cyklu: energie z bardziej odległego środowiska natychmiast zaczną wypełniać powstałą pustkę. Oznacza to, że w kosmosie będą przepływy energii skierowane do punktu anihilacji. Cząstka otrzymuje dodatni pęd ruchu translacyjnego. A energia związana wewnątrz cząstki zacznie redystrybuować swoją gęstość.

Co nas tutaj interesuje?

Ponieważ cykl anihilacji dzieli się na dwie fazy: fazę pochłaniania energii i fazę ruchu energii (wypełniania pustej przestrzeni), średnia prędkość przepływów energii w rejonie punktu anihilacji zmniejszy się z grubsza o czynnik dwa.

A co niezwykle ważne:

W budowie atomów, cząsteczek, ciał fizycznych przejawia się bardzo ważna prawidłowość: stabilność wszystkich struktur materialnych, takich jak: struktury sparowane - atomy deuteru, poszczególne okresy wokół atomów, atomów, molekuł, ciał fizycznych zapewnia ścisła uporządkowanie procesów ich anihilacji.

Rozważ to.

Przepływy energii generowane przez strukturę pary. W strukturze pary cząstki elementarne synchronicznie anihilują energię. W przeciwnym razie cząstki elementarne „pożerały” koncentrację energii za wzajemnym punktem anihilacji. Otrzymujemy wyraźną charakterystykę falową struktury pary. Dodatkowo przypominamy, że ze względu na cykliczność procesów anihilacji średnia prędkość przepływów energii spada tutaj o połowę.
Energia płynie w atomie. Zasada jest taka sama: wszystkie sparowane struktury tego samego okresu muszą synchronicznie anihilować energię - w cyklach synchronicznych. Podobnie: procesy anihilacji w atomie muszą być zsynchronizowane między okresami. Każda asynchronia prowadzi do zniszczenia atomu. Tutaj synchroniczność może się nieznacznie różnić. Można przypuszczać, że okresy w atomie anihilują energię sekwencyjnie, jeden po drugim, na fali.
Energia płynie w cząsteczce, ciele fizycznym. Odległości między atomami w strukturze cząsteczki są wielokrotnie większe niż odległości między okresami wewnątrz atomu. Ponadto cząsteczka ma strukturę objętościową. Jak każde ciało fizyczne, ma trójwymiarową strukturę. Oczywiste jest, że synchronizacja procesów anihilacji musi być tutaj spójna. Skierowany z peryferii do centrum lub odwrotnie: z centrum do peryferii – licz jak chcesz.

Zasada synchroniczności daje nam jeszcze dwie prawidłowości:

Prędkość przepływu energii wewnątrz atomów, molekuł, ciał fizycznych jest znacznie mniejsza niż stała prędkości ruchu energii w przestrzeni wszechświata. Ten wzór pomoże nam zrozumieć (w artykule #7) procesy zachodzące w elektryczności.
Im większą widzimy strukturę (kolejno: cząstka elementarna, atom, cząsteczka, ciało fizyczne), tym większą długość fali w jej charakterystyce falowej będziemy obserwować. Dotyczy to również ciał fizycznych: im większa masa ciała fizycznego, tym większa ma długość fali.

Strona 1

Ładunek neutronowy wynosi zero. W konsekwencji neutrony nie odgrywają roli w wielkości ładunku jądra atomu. Numer seryjny chromu jest równy tej samej wartości.

Ładunek protonu qp e Ładunek neutronu jest równy zeru.

Łatwo zauważyć, że w tym przypadku ładunek neutronu wynosi zero, a protonu 1, zgodnie z oczekiwaniami. Uzyskuje się wszystkie bariony należące do dwóch rodzin - ósmej i dziesiątej. Mezony składają się z kwarka i antykwarka. Słupek oznacza antykwarki; ich ładunek elektryczny różni się znakiem od odpowiedniego kwarka. Dziwny kwark nie wchodzi w mezon pi, mezony pi, jak już powiedzieliśmy, są cząstkami o dziwności i spinie równym zero.

Ponieważ ładunek protonu jest równy ładunkowi elektronu, a ładunek neutronu jest równy pociskowi, to jeśli oddziaływanie silne jest wyłączone, oddziaływanie protonu z polem elektromagnetycznym A będzie zwykłą interakcją cząstki Diraca - Yp / V. Neutron nie miałby oddziaływania elektromagnetycznego.

Oznaczenia: 67 - różnica ładunków między elektronem a protonem; q jest ładunkiem neutronowym; qg to bezwzględna wartość ładunku elektronu.

Jądro składa się z dodatnio naładowanych cząstek elementarnych - protonów i neutronów, które nie niosą ładunku.

Podstawą współczesnych wyobrażeń o budowie materii jest stwierdzenie o istnieniu atomów materii, składających się z dodatnio naładowanych protonów i bezładunkowych neutronów, tworzących dodatnio naładowane jądro i ujemnie naładowanych elektronów krążących wokół jądra. Poziomy energetyczne elektronów, zgodnie z tą teorią, mają charakter dyskretny, a utrata lub pozyskanie przez nie dodatkowej energii jest traktowane jako przejście z jednego dozwolonego poziomu energetycznego na inny. W tym przypadku dyskretna natura poziomów energii elektronów staje się przyczyną tej samej dyskretnej absorpcji lub emisji energii przez elektron podczas przejścia z jednego poziomu energii na drugi.

Założyliśmy, że ładunek atomu lub cząsteczki jest całkowicie określony przez sumę skalarną q Z (q Nqn, gdzie Z jest liczbą par elektron-proton, (q qp - qe jest różnicą ładunków elektronu i protonu , N to liczba neutronów, a qn to ładunek neutronu.

Ładunek jądrowy jest określony tylko przez liczbę protonów Z, a jego liczba masowa A pokrywa się z całkowitą liczbą protonów i neutronów. Ponieważ ładunek neutronu wynosi zero, zgodnie z prawem Coulomba nie ma oddziaływania elektrycznego między dwoma neutronami, a także między protonem a neutronem. W tym samym czasie między dwoma protonami działa elektryczna siła odpychająca.

Ponadto, w granicach dokładności pomiaru, nie zarejestrowano ani jednego procesu kolizyjnego, w którym nie byłoby przestrzegane prawo zachowania ładunku. Na przykład nieelastyczność neutronów w jednorodnych polach elektrycznych pozwala uznać ładunek neutronowy za równy zero z dokładnością do 1 (H7 ładunku elektronu.

Powiedzieliśmy już, że różnica między momentem magnetycznym protonu i jednego magnetonu jądrowego jest niesamowitym wynikiem. Jeszcze bardziej zaskakujące (wydaje się, że istnieje moment magnetyczny dla neutronu bez ładunku.

Łatwo zauważyć, że siły te nie sprowadzają się do żadnego z rodzajów sił rozważanych w poprzednich częściach kursu fizyki. Rzeczywiście, jeśli założymy np., że między nukleonami w jądrach działają siły grawitacyjne, to na podstawie znanych mas protonów i neutronów łatwo wyliczyć, że energia wiązania na cząstkę będzie znikoma - będzie 1036 razy mniejsza niż obserwowana doświadczalnie. Znika również założenie o elektrycznym charakterze sił jądrowych. Rzeczywiście, w tym przypadku nie można sobie wyobrazić stabilnego jądra składającego się z pojedynczego naładowanego protonu i bez ładunku neutronu.

Silne wiązanie, jakie istnieje między nukleonami w jądrze, wskazuje na obecność w jądrach atomowych specjalnych, tzw. sił jądrowych. Łatwo zauważyć, że siły te nie sprowadzają się do żadnego z rodzajów sił rozważanych w poprzednich częściach kursu fizyki. Rzeczywiście, jeśli założymy np., że między nukleonami w jądrach działają siły grawitacyjne, to na podstawie znanych mas protonu i neutronu łatwo wyliczyć, że energia wiązania na cząstkę będzie znikoma - będzie 1038 razy mniejsza niż obserwowane eksperymentalnie. Znika również założenie o elektrycznym charakterze sił jądrowych. Rzeczywiście, w tym przypadku nie można sobie wyobrazić stabilnego jądra składającego się z pojedynczego naładowanego protonu i bez ładunku neutronu.