Pogovorimo se o tem, kako najti protone, nevtrone in elektrone. Elementarni delci

Prevod

V središču vsakega atoma je jedro, drobna zbirka delcev, imenovanih protoni in nevtroni. V tem članku bomo preučevali naravo protonov in nevtronov, ki so sestavljeni iz še manjših delcev – kvarkov, gluonov in antikvarkov. (Gluoni, tako kot fotoni, so lastni antidelci.) Kvarki in gluoni so, kolikor vemo, lahko resnično elementarni (nedeljivi in niso sestavljeni iz nečesa manjšega). A njim kasneje.

Presenetljivo je, da imajo protoni in nevtroni skoraj enako maso - do odstotka:

0,93827 GeV/c 2 za proton,
0,93957 GeV/c 2 za nevtron.

To je ključ do njihove narave – pravzaprav sta si zelo podobna. Ja, med njima je ena očitna razlika: proton ima pozitiven električni naboj, medtem ko nevtron nima naboja (je nevtralen, od tod tudi njegovo ime). V skladu s tem na prvi delujejo električne sile, na drugega pa ne. Na prvi pogled se zdi to razlikovanje zelo pomembno! Toda dejansko ni. V vseh drugih pomenih sta proton in nevtron skoraj dvojčka. Imajo enake ne le mase, ampak tudi notranjo strukturo.

Ker so si tako podobni in ker ti delci sestavljajo jedra, se protone in nevtrone pogosto imenujemo nukleoni.

Protone so identificirali in opisali okoli leta 1920 (čeprav so jih odkrili že prej; jedro vodikovega atoma je samo en proton), nevtrone pa so našli nekje leta 1933. Dejstvo, da so si protoni in nevtroni tako podobni, je bilo skoraj takoj razumljeno. Toda dejstvo, da imajo merljivo velikost, primerljivo z velikostjo jedra (približno 100.000-krat manjše od atoma v polmeru), je bilo znano šele leta 1954. Da so sestavljeni iz kvarkov, antikvarkov in gluonov, so postopoma razumeli od sredine 1960-ih do sredine 1970-ih. Do poznih 70-ih in zgodnjih 80-ih se je naše razumevanje protonov, nevtronov in tega, iz česa so sestavljeni, v veliki meri ustalilo in je od takrat ostalo nespremenjeno.

Nukleone je veliko težje opisati kot atome ali jedra. To ne pomeni, da so atomi načeloma preprosti, vendar lahko vsaj brez zadržkov rečemo, da je atom helija sestavljen iz dveh elektronov, ki krožita okrog drobnega helijevega jedra; helijevo jedro pa je dokaj preprosta skupina dveh nevtronov in dveh protonov. Toda z nukleoni ni vse tako preprosto. Že v članku »Kaj je proton in kaj ima v sebi?« sem zapisal, da je atom kot eleganten menuet, nukleon pa kot divja zabava.

Zdi se, da je kompleksnost protona in nevtrona resnična in ne izvira iz nepopolnega fizičnega znanja. Imamo enačbe, ki se uporabljajo za opis kvarkov, antikvarkov in gluonov ter močnih jedrskih sil, ki se dogajajo med njimi. Te enačbe se imenujejo QCD, iz "kvantne kromodinamike". Natančnost enačb je mogoče preizkusiti na različne načine, vključno z merjenjem števila delcev, ki se pojavijo na velikem hadronskem trkalniku. Z vklopom QCD enačb v računalnik in izvajanjem izračunov o lastnostih protonov in nevtronov ter drugih podobnih delcev (skupaj imenovanih "hadroni") dobimo napovedi lastnosti teh delcev, ki se dobro približajo opazovanjima v resničnem svetu. . Zato imamo razlog za domnevo, da enačbe QCD ne lažejo in da naše znanje o protonu in nevtronu temelji na pravilnih enačbah. Toda samo prave enačbe niso dovolj, ker:

Enostavne enačbe imajo lahko zelo zapletene rešitve,
Včasih kompleksnih rešitev ni mogoče opisati na preprost način.

Kolikor lahko ugotovimo, je pri nukleonih ravno tako: so kompleksne rešitve razmeroma preprostih enačb QCD in jih ni mogoče opisati z nekaj besedami ali slikami.

Zaradi inherentne kompleksnosti nukleonov se boste morali vi, bralec, odločiti: koliko želite vedeti o opisani kompleksnosti? Ne glede na to, kako daleč boste šli, najverjetneje ne boste zadovoljni: več ko se boste učili, bolj razumljiva bo tema, a končni odgovor bo ostal enak - proton in nevtron sta zelo zapletena. Ponudim vam lahko tri ravni razumevanja z vedno več podrobnostmi; po kateri koli stopnji se lahko ustavite in preidete na druge teme ali pa se potopite do zadnje. Vsaka stopnja odpira vprašanja, na katera lahko delno odgovorim v naslednji, vendar novi odgovori postavljajo nova vprašanja. Če povzamem – kot to počnem v strokovnih razpravah s kolegi in naprednimi študenti – vas lahko napotim le na podatke iz resničnih eksperimentov, različnih vplivnih teoretičnih argumentov in računalniških simulacij.

Prva stopnja razumevanja

Iz česa so sestavljeni protoni in nevtroni?

riž. 1: Preveč poenostavljena različica protonov, sestavljena iz samo dveh kvarkov navzgor in enega navzdolnjega kvarka, in nevtronov, sestavljenih samo iz dveh spodnjih kvarkov in enega up kvarka

Da poenostavimo zadeve, številne knjige, članki in spletna mesta navajajo, da so protoni sestavljeni iz treh kvarkov (dva navzgor in eden navzdol) in narišejo nekaj podobnega figuri. 1. Nevtron je enak, sestavljen je le iz enega navzgor in dveh spodnjih kvarkov. Ta preprosta slika ponazarja, kaj so nekateri znanstveniki verjeli, večinoma v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Toda kmalu je postalo jasno, da je bilo to stališče preveč poenostavljeno do te mere, da ni več pravilno.

Iz bolj izpopolnjenih virov informacij boste izvedeli, da so protoni sestavljeni iz treh kvarkov (dva navzgor in eden navzdol), ki jih držijo skupaj gluoni - in lahko se prikaže slika, podobna sliki 3. 2, kjer so gluoni narisani kot vzmeti ali strune, ki držijo kvarke. Nevtroni so enaki, le z enim gornjim kvarkom in dvema navzdolnjim kvarkom.

riž. 2: izboljšava sl. 1 zaradi poudarka na pomembni vlogi močne jedrske sile, ki zadržuje kvarke v protonu

Ni tako slab način za opis nukleonov, saj poudarja pomembno vlogo močne jedrske sile, ki drži kvarke v protonu na račun gluonov (na enak način kot foton, delec, ki sestavlja svetlobo, je povezana z elektromagnetno silo). Toda to je tudi zmedeno, ker v resnici ne razloži, kaj so gluoni ali kaj počnejo.

Obstajajo razlogi, da nadaljujem in opišem stvari, kot sem jih naredil v : proton je sestavljen iz treh kvarkov (dva navzgor in enega navzdol), množice gluonov in gore parov kvark-antikvark (večinoma kvarkov navzgor in navzdol , je pa tudi nekaj čudnih). Vsi letijo naprej in nazaj z zelo velikimi hitrostmi (približujejo se svetlobni hitrosti); ta celoten sklop drži skupaj močna jedrska sila. To sem pokazal na sl. 3. Nevtroni so spet isti, vendar z enim navzgor in dvema navzdol kvarkoma; kvark, ki je spremenil lastništvo, je označen s puščico.

riž. 3: bolj realistična, čeprav še vedno ne idealna, upodobitev protonov in nevtronov

Ti kvarki, antikvarki in gluoni ne le švigajo sem ter tja, ampak tudi trčijo drug v drugega in se spremenijo drug v drugega s procesi, kot je anihilacija delcev (v katerem se kvark in antikvark iste vrste spremenita v dva gluona ali vice obratno) ali absorpcijo in emisijo gluona (pri kateri lahko kvark in gluon trčita in proizvedeta kvark in dva gluona ali obratno).

Kaj imajo ti trije opisi skupnega:

Dva gornja kvarka in spodnji kvark (plus nekaj drugega) za proton.
En kvark navzgor in dva kvarka navzdol (plus nekaj drugega) za nevtron.
"Nekaj drugega" za nevtrone je enako kot "nekaj drugega" za protone. To pomeni, da imajo nukleoni "nekaj drugega" enako.
Majhna razlika v masi med protonom in nevtronom se pojavi zaradi razlike v masi spodnjega in zgornjega kvarka.

In ker:

za up kvarke je električni naboj 2/3 e (kjer je e naboj protona, -e naboj elektrona),
down kvarki imajo naboj -1/3e,
gluoni imajo naboj 0,
vsak kvark in njegov ustrezen antikvark imata skupni naboj 0 (na primer, anti-down kvark ima naboj +1/3e, tako da imata down kvark in down antikvark naboj –1/3 e +1/ 3 e = 0),

Vsaka številka pripiše električni naboj protona dvema navzgornjim in enemu navzdol kvarkom, »nekaj drugega« pa naboju doda 0. Podobno ima nevtron nič naboja zaradi enega navzgor in dveh kvarkov navzdol:

skupni električni naboj protona 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
skupni električni naboj nevtrona je 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Ti opisi se razlikujejo na naslednji način:

koliko "nečesa drugega" znotraj nukleona,
kaj počne tam
od kod izvirata masa in masna energija (E = mc 2 , energija, ki je tam prisotna tudi, ko delec miruje) nukleona.

Ker je večina mase atoma in torej vse običajne snovi v protonih in nevtronih, je zadnja točka izjemno pomembna za pravilno razumevanje naše narave.

riž. 1 pravi, da kvarki dejansko predstavljajo tretjino nukleona – podobno kot proton ali nevtron predstavlja četrtino jedra helija ali 1/12 ogljikovega jedra. Če bi bila ta slika resnična, bi se kvarki v nukleonu premikali razmeroma počasi (s hitrostmi, ki so veliko počasnejše od svetlobne) z razmeroma šibkimi silami, ki delujejo med njimi (čeprav z neko močno silo, ki jih drži na mestu). Masa kvarka, navzgor in navzdol, bi bila potem reda 0,3 GeV/c 2 , približno tretjina mase protona. Toda to je preprosta podoba in ideje, ki jih vsiljuje, so preprosto napačne.

riž. 3. daje popolnoma drugačno predstavo o protonu, kot kotlu delcev, ki se prebijajo po njem s hitrostmi blizu svetlobne hitrosti. Ti delci trčijo med seboj in pri teh trkih nekateri od njih uničijo, drugi pa nastanejo na njihovem mestu. Gluoni nimajo mase, mase zgornjih kvarkov so približno 0,004 GeV/c 2 , mase spodnjih kvarkov pa približno 0,008 GeV/c 2 - stokrat manjše od protona. Od kod izvira masna energija protona, vprašanje je zapleteno: del izvira iz energije mase kvarkov in antikvarkov, del izvira iz energije gibanja kvarkov, antikvarkov in gluonov, del pa (morda pozitiven). , morda negativno) iz energije, shranjene v močni jedrski interakciji, ki drži kvarke, antikvarke in gluone skupaj.

V nekem smislu je sl. 2 poskuša odpraviti razliko med sl. 1 in sl. 3. Poenostavi riž. 3, ki odstrani številne pare kvark-antikvark, ki jih načeloma lahko imenujemo efemerni, saj se nenehno pojavljajo in izginjajo in niso potrebni. Toda daje vtis, da so gluoni v nukleonih neposredni del močne jedrske sile, ki drži protone. In ne pojasnjuje, od kod izvira masa protona.

Na sl. 1 ima poleg ozkih okvirjev protona in nevtrona še eno pomanjkljivost. Ne pojasnjuje nekaterih lastnosti drugih hadronov, kot sta pion in rho mezon. Enake težave obstajajo na sl. 2.

Te omejitve so pripeljale do tega, da svojim študentom in na svoji spletni strani dam sliko iz sl. 3. Želim pa vas opozoriti, da ima tudi veliko omejitev, ki jih bom upošteval kasneje.

Treba je opozoriti, da je izjemna kompleksnost strukture, ki je navedena na sl. 3 je pričakovati od predmeta, ki ga skupaj drži tako močna sila, kot je močna jedrska sila. In še nekaj: tri kvarke (dva gornja in enega dol za proton), ki niso del skupine parov kvark-antikvark, pogosto imenujemo "valenčni kvark", pare kvarkov-antikvarkov pa imenujemo "morje . kvarkovih parov." Tak jezik je v mnogih primerih tehnično priročen. Toda daje napačen vtis, da če bi pogledali v notranjost protona in pogledali določen kvark, bi lahko takoj ugotovili, ali je del morja ali valenca. Tega ni mogoče storiti, takšnega načina preprosto ni.

Protonska masa in nevtronska masa

Ker sta si masi protona in nevtrona tako podobni in ker se proton in nevtron razlikujeta le v zamenjavi zgornjega kvarka z nižjim, se zdi verjetno, da sta njuni masi zagotovljeni na enak način, prihajata iz istega vira , njihova razlika pa je v majhni razliki med kvarki navzgor in navzdol. Toda zgornje tri slike kažejo, da obstajajo trije zelo različni pogledi na izvor mase protonov.

riž. 1 pravi, da kvarki navzgor in navzdol preprosto sestavljajo 1/3 mase protona in nevtrona: približno 0,313 GeV/c 2 ali zaradi energije, ki je potrebna za ohranjanje kvarkov v protonu. In ker je razlika med maso protona in nevtrona delček odstotka, mora biti razlika med maso gornjega in spodnjega kvarka tudi delček odstotka.

riž. 2 je manj jasna. Kakšen delež mase protona obstaja zaradi gluonov? Toda načeloma iz slike sledi, da večina mase protona še vedno izvira iz mase kvarkov, kot je na sl. eno.

riž. 3 odraža bolj subtilen pristop k temu, kako dejansko nastane masa protona (kar lahko preverimo neposredno z računalniškimi izračuni protona in ne neposredno z uporabo drugih matematičnih metod). Zelo se razlikuje od idej, predstavljenih na sl. 1 in 2, in se izkaže, da ni tako preprosto.

Da bi razumeli, kako to deluje, moramo razmišljati ne glede na maso protona m, temveč v smislu njegove masne energije E = mc 2 , energije, povezane z maso. Konceptualno pravilno vprašanje ni "od kod prihaja masa protona m", po katerem lahko izračunate E tako, da m pomnožite s c 2 , ampak nasprotno: "od kod prihaja energija protonske mase E", nakar lahko izračunate maso m tako, da E delite s c 2 .

Koristno je razvrstiti prispevke k energiji mase protonov v tri skupine:

A) Masna energija (energija mirovanja) kvarkov in antikvarkov, ki jih vsebuje (gluoni, brezmasni delci, ne prispevajo nikakršnega prispevka).
B) Energija gibanja (kinetična energija) kvarkov, antikvarkov in gluonov.
C) Energija interakcije (vezna energija ali potencialna energija), shranjena v močni jedrski interakciji (natančneje, v gluonskih poljih), ki drži proton.

riž. 3 pravi, da se delci znotraj protona premikajo z veliko hitrostjo in da je poln brezmasnih gluonov, zato je prispevek B) večji od A). Običajno sta v večini fizičnih sistemov B) in C) primerljiva, C) pa je pogosto negativna. Masna energija protona (in nevtrona) je torej večinoma izpeljana iz kombinacije B) in C), pri čemer A) prispeva majhen delež. Zato se mase protona in nevtrona pojavljajo predvsem ne zaradi mas delcev, ki jih vsebujejo, ampak zaradi energij gibanja teh delcev in energije njihove interakcije, povezane z gluonskimi polji, ki ustvarjajo sile, ki držijo proton. V večini drugih sistemov, ki jih poznamo, je ravnovesje energij razporejeno drugače. Na primer, v atomih in v sončnem sistemu A) prevladuje, medtem ko B) in C) dobimo veliko manj in sta primerljiva po velikosti.

Če povzamemo, poudarjamo, da:

riž. 1 kaže, da masna energija protona izhaja iz prispevka A).
riž. 2 kaže, da sta oba prispevka A) in C) pomembna, B) pa daje majhen prispevek.
riž. 3 kaže, da sta B) in C) pomembna, medtem ko je prispevek A) zanemarljiv.

Vemo, da je riž pravilen. 3. Da bi ga preizkusili, lahko izvajamo računalniške simulacije in kar je še pomembneje, zahvaljujoč različnim prepričljivim teoretičnim argumentom vemo, da če bi bile mase kvarkov navzgor in navzdol enake nič (in vse ostalo je ostalo tako, kot je), je masa proton bi se praktično spremenil. Tako očitno mase kvarkov ne morejo pomembno prispevati k masi protona.

Če sl. 3 ne laže, masi kvarka in antikvarka sta zelo majhni. Kakšni so v resnici? Masa vrhnjega kvarka (kot tudi antikvarka) ne presega 0,005 GeV/c 2 , kar je veliko manj kot 0,313 GeV/c 2 , kar izhaja iz sl. 1. (Maso up kvarka je težko izmeriti in ta vrednost se spreminja zaradi subtilnih učinkov, zato je lahko veliko manjša od 0,005 GeV/c2). Masa spodnjega kvarka je približno 0,004 GeV/c 2 večja od mase zgornjega. To pomeni, da masa katerega koli kvarka ali antikvarka ne presega enega odstotka mase protona.

Upoštevajte, da to pomeni (v nasprotju s sliko 1), da se razmerje med maso spodnjega in zgornjega kvarka ne približuje enoti! Masa spodnjega kvarka je vsaj dvakrat večja od mase zgornjega kvarka. Razlog, da sta si masi nevtrona in protona tako podobni, ni v tem, da sta si podobni masi kvarkov navzgor in navzdol, ampak v tem, da sta masi kvarkov navzgor in navzdol zelo majhni - in razlika med njima je majhna, glede na masi protona in nevtrona. Spomnimo se, da morate za pretvorbo protona v nevtron preprosto zamenjati enega od njegovih zgornjih kvarkov s spodnjim kvarkom (slika 3). Ta sprememba je dovolj, da postane nevtron nekoliko težji od protona in spremeni njegov naboj iz +e na 0.

Mimogrede, dejstvo, da različni delci znotraj protona trčijo med seboj ter se nenehno pojavljajo in izginjajo, ne vpliva na stvari, o katerih razpravljamo - energija se pri vsakem trku ohranja. Masna energija in energija gibanja kvarkov in gluonov se lahko spreminjata, pa tudi energija njihove interakcije, vendar se skupna energija protona ne spreminja, čeprav se vse v njem nenehno spreminja. Torej masa protona kljub njegovemu notranjemu vrtincu ostaja konstantna.

Na tej točki se lahko ustavite in absorbirate prejete informacije. Neverjetno! Skoraj vsa masa, ki jo vsebuje navadna snov, izvira iz mase nukleonov v atomih. In večina te mase izvira iz kaosa, ki je lasten protonu in nevtronu - iz energije gibanja kvarkov, gluonov in antikvarkov v nukleonih ter iz energije dela močnih jedrskih interakcij, ki držijo nukleon v celotnem stanju. Da: naš planet, naša telesa, naš dih so posledica tako tihega in do nedavnega nepredstavljivega razburjenja.

NEUTRON(n) (iz lat. neuter - ne eno ne drugo) - elementarni delec z nič električnega. naboj in masa, nekoliko večja od mase protona. Skupaj s protonom pod splošnim imenom. Nukleon je del atomskih jeder. H. ima vrtenje 1/2 in zato uboga Fermi - Diracova statistika(je fermion). pripada družini adra-nov; ima barionsko število B= 1, torej vključeni v skupino barionov.

Leta 1932 ga je odkril J. Chadwick, ki je pokazal, da je trdo prodorno sevanje, ki nastane pri bombardiranju berilijevih jeder z a-delci, sestavljeno iz električno nevtralnih delcev z maso približno enako masi protona. Leta 1932 sta D. D. Ivanenko in W. Heisenberg postavila hipotezo, da so atomska jedra sestavljena iz protonov in H. V nasprotju z nabojem. delci, H. zlahka prodre v jedra pri kateri koli energiji in z veliko verjetnostjo povzroči jedrske reakcije zajemanje (n,g), (n,a), (n, p), če je energijska bilanca v reakciji pozitivna. Verjetnost eksotermnosti narašča s pojemkom H. obratno sorazmerno. njegova hitrost. E. Fermi (E. Fermi) in sodelavci so leta 1934 odkrili povečanje verjetnosti reakcij zajetja H., ko se le-te upočasnijo v medijih, ki vsebujejo vodik. Odkrili so sposobnost H., da povzroči cepitev težkih jeder. O. Gana (O. Hahn) in F. Strassmanna (F. . Strassman) leta 1938 (gl. jedrska fisija), je služil kot osnova za ustvarjanje jedrskega orožja in. Posebnost interakcije počasnih nevtronov s snovjo, ki imajo de Broglievo valovno dolžino reda atomskih razdalj (resonančni učinki, difrakcija itd.), služi kot osnova za široko uporabo nevtronskih žarkov v fiziki trdnega stanja. (Razvrstitev H. po energiji - hitro, počasi, toplotno, hladno, ultrahladno - glej čl. nevtronska fizika.)

V prostem stanju je H. nestabilen - podvrže se B-razpadu; n p + e - + v e; njegova življenjska doba t n = 898 (14) s, mejna energija elektronskega spektra je 782 keV (glej sl. nevtronski beta razpad). V vezanem stanju je kot del stabilnih jeder H. stabilen (po eksperimentalnih ocenah njegova življenjska doba presega 10 32 let). Glede na aster. Ocenjuje se, da 15 % vidne snovi vesolja predstavlja H., ki so del jeder 4 He. H. je glavni. komponento nevtronske zvezde. Prosti H. v naravi nastanejo pri jedrskih reakcijah, ki jih povzročijo a-delci radioaktivnega razpada, kozmični žarki in kot posledica spontane ali prisilne cepitve težkih jeder. Umetnost viri H. so jedrski reaktorji, jedrske eksplozije, pospeševalniki protonov (prim. energijo) in elektronov s tarčami iz težkih elementov. Viri monokromatskih žarkov H. z energijo 14 MeV so nizkoenergijski. devteronski pospeševalniki s tritijevo ali litijevo tarčo, v prihodnosti pa se lahko izkažejo, da so termonuklearne instalacije CTS intenziven vir takšnega H. (cm. .)

Ključne lastnosti H.

Teža h. t p = 939,5731(27) MeV/c 2 = = 1,008664967(34) pri. enote mase 1,675. 10 -24 g. Razlika med masama H. in protona je bila izmerjena od maks. natančnost od energ. ravnovesje reakcije ujetja H. s protonom: n + p d + g (g-kvantna energija = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c 2 .

Električni naboj H. Q n = 0. Najbolj natančne neposredne meritve Q n izveden z odklonom žarkov hladnega ali ultrahladnega H. v elektrostatičnem. polje: Q n<= 3·10 -21 njo je naboj elektrona). Cosv. električni podatki. makroskopska nevtralnost. količino plina Qn<= 2 10 -22 e.

Zavrtite H. J= 1 / 2 smo določili iz neposrednih poskusov cepitve žarka H. v nehomogenem magnetnem polju. polje na dve komponenti [v splošnem primeru je število komponent (2 J + 1)].

Dosleden opis strukture hadronov na podlagi modern. močna teorija interakcij - kvantna kromodinamika- medtem ko izpolnjuje teoretično. težave pa za mnoge naloge so zelo zadovoljive. rezultati dajejo opis interakcije nukleonov, predstavljenih kot elementarni objekti, z izmenjavo mezonov. Eksperimentirajte. raziskovanje prostorov. struktura H. se izvaja z uporabo sipanja visokoenergetskih leptonov (elektronov, mionov, nevtrinov, ki se v sodobni teoriji obravnavajo kot točkovni delci) na devtrone. Prispevek sipanja na protonu se meri v dep. eksperimenta in se lahko odšteje z def. izračunaj. postopkov.

Elastično in kvazielastično (z cepljenjem devtrona) razprševanje elektronov na devtronu omogoča iskanje porazdelitve električne gostote. naboj in magnet. trenutek H. ( faktor oblike H.). Glede na poskus, porazdelitev magnetne gostote. moment H. z natančnostjo reda več. odstotkov sovpada z razporeditvijo električne gostote. protonski naboj in ima RMS polmer ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. faktor oblike H. precej dobro opisuje t.i. dipol f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2 , kjer q 2 je kvadrat prenesenega zagona v enotah (GeV/c) 2 .

Bolj zapleteno je vprašanje velikosti električnega toka. (naboj) faktor oblike H. G E n. Iz poskusov sipanja z devtronom je mogoče sklepati, da G E n ( q 2 ) <= 0,1 v intervalu kvadratov prenesenih impulzov (0-1) (GeV/c) 2 . Pri q 2 0 zaradi nič električnega. naboj H. G E n- > 0, vendar je eksperimentalno mogoče določiti dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Ta vrednost je maks. natančno ugotovljeno iz meritev razpršilna dolžina H. na elektronski lupini težkih atomov. Glavni del te interakcije določa magnet. trenutek H. Max. natančni poskusi dajejo dolžino ne sipanja a ne = -1,378(18) . 10 -16 cm, ki se razlikuje od izračunanega, določenega z mag. trenutek H.: a ne \u003d -1,468. 10 -16 cm Razlika med temi vrednostmi daje povprečni kvadratni električni koren. polmer H.<r 2 E n >= = 0,088(12) Fili dG E n ( q 2)/dq 2 | q 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F2. Teh številk ni mogoče šteti za dokončne zaradi velikega razpršenosti razčlenitve podatkov. poskusi, ki presegajo dane napake.

Značilnost interakcije H. z večino jeder je pozitivna. dolžine sipanja, kar vodi do koeficienta. lom< 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. nevtronska optika).

H. in šibka (elektrošibka) interakcija. Pomemben vir informacij o elektrošibki interakciji je b-razpad prostega H. Na ravni kvarkov ta proces ustreza prehodu. Povratni proces interakcije elektrona s protonom, imenovan. inverzni b-razpad. Ta razred procesov vključuje elektronski zajem, ki poteka v jedrih, re - n v e.

Razpad prostega H., ob upoštevanju kinematike. parametrov opisujeta dve konstanti - vektor G V, kar je posledica vektorsko ohranjanje toka univerzalna šibka interakcijska konstanta in aksialni vektor G A, katerega vrednost je določena z dinamiko močno medsebojno delujočih komponent nukleona - kvarkov in gluonov. Valovne funkcije začetnega H. in končnega protona ter prehodnega matričnega elementa n p zaradi izotopa. invariance so izračunane precej natančno. Kot rezultat, izračun konstant G V in G A iz razpada prostega H. (v nasprotju z izračuni iz b-razpada jeder) ni povezana z upoštevanjem jedrskih strukturnih faktorjev.

Življenjska doba H. brez upoštevanja nekaterih popravkov je: t n = k(G 2 V+ 3G 2 A) -1 , kjer k vključuje kinematiko. faktorjev in Coulombovih popravkov v odvisnosti od mejne energije b-razpada in sevalne korekcije.

Verjetnost razpada polarizatorjev. H. z vrtenjem S , energije in momenti elektrona in antinevtrina in R e, je na splošno opisan z izrazom:

koef. korelacije a, A, B, D je mogoče predstaviti kot funkcijo parametra a = (G A/G V,)exp( jaz f). Faza f ni nič ali p, če T- invariantnost je pokvarjena. V tabeli. podani so poskusi. vrednosti za te koeficiente. in nastale vrednosti a in f.

Med podatki je opazna razlika poskusi za t n , ki dosežejo več. odstotkov.

Opis elektrošibke interakcije, ki vključuje H. pri višjih energijah, je veliko težji zaradi potrebe po upoštevanju strukture nukleonov. Na primer, m - zajemanje, m - p n v m je opisan z vsaj dvakratnim številom konstant. H. doživlja tudi elektrošibko interakcijo z drugimi hadroni brez sodelovanja leptonov. Ti procesi vključujejo naslednje.

1) Razpadi hiperonov L np 0 , S + np + , S - np - itd. Zmanjšana verjetnost teh razpadov v več krat manjša kot pri nečudnih delcih, kar je opisano z uvedbo Cabibbovega kota (glej sl. cabibbo kotiček).

2) Šibka interakcija n - n ali n - p, ki se kaže kot jedrske sile, ki ne ohranjajo prostorov. pariteta.Običajna velikost učinkov, ki jih povzročajo, je reda 10 -6 -10 -7.

Interakcija H. s srednjimi in težkimi jedri ima številne značilnosti, ki v nekaterih primerih vodijo do znatnega krepitev učinkov paritetno neohranjevanje v jedrih. Eden od teh učinkov je povezan. razlika med absorpcijskim presekom H. c v smeri širjenja in proti njej, ki je v primeru jedra 139 La 7% pri \u003d 1,33 eV, ustreza R- valovna nevtronska resonanca. Razlog za ojačanje je kombinacija nizke energije. širina stanj sestavljenega jedra in visoka gostota nivojev z nasprotno parnostjo v tem sestavljenem jedru, kar zagotavlja 2–3 rede velikosti večje mešanje komponent z različno parnostjo kot v nizko ležečih stanjih jeder. Posledično so številni učinki: asimetrija emisije g-kvantov glede na spin ujetih polarizatorjev. H. v reakciji (n, g), asimetrija emisije naboja. delci med razpadom sestavljenih stanj v reakciji (n, p) ali asimetrija emisije lahkega (ali težkega) cepitvenega fragmenta v reakciji (n, p) f). Asimetrije imajo pri toplotni energiji H. In vrednost 10 -4 -10 -3 R- dodatno se realizirajo valovne nevtronske resonance. izboljšanje, povezano z zatiranjem verjetnosti nastanka komponente, ki ohranja pariteto tega sestavljenega stanja (zaradi majhne širine nevtronov R-resonanca) glede na nečistočo komponento z nasprotno parnostjo, ki je s-resonanca-som. Gre za kombinacijo večih Faktor ojačanja omogoča, da se izredno šibek učinek manifestira z vrednostjo, značilno za jedrsko interakcijo.

Interakcije, ki kršijo barionsko število. Teoretično modeli veliko poenotenje in superunionov napovedujejo nestabilnost barionov – njihov razpad na leptone in mezone. Ti razpadi so lahko opazni le pri najlažjih barionih - p in n, ki so del atomskih jeder. Za interakcijo s spremembo barionskega števila za 1, D B= 1, bi pričakovali transformacijo tipa H.: n e + p - ali transformacijo z emisijo čudnih mezonov. Iskanje takšnih procesov je bilo izvedeno v poskusih z uporabo podzemnih detektorjev z več maso. tisoč ton. Na podlagi teh poskusov je mogoče sklepati, da je čas razpada H. s kršitvijo barionskega števila več kot 10 32 let.

dr. možna vrsta interakcije z D AT= 2 lahko privede do pojava interkonverzije H. in antinevtroni v vakuumu, torej do nihanja . V odsotnosti zunanjih polja ali s svojo majhno vrednostjo sta stanja H. in antinevtrona degenerirana, saj sta njuni masi enaki, zato ju lahko meša tudi superšibka interakcija. Kriterij majhnosti zn. polja je majhnost interakcijske energije magneta. moment H. z magn. polje (n in n ~ imata magnetne momente nasprotnega predznaka) v primerjavi z energijo, ki jo določa čas T opažanja H. (glede na razmerje negotovosti), D<=hT-ena. Pri opazovanju proizvodnje antinevtronov v H. žarku iz reaktorja ali drugega vira T je čas leta H. do detektorja. Število antinevtronov v žarku se kvadratno poveča s časom leta: /N n ~ ~ (T/t osc) 2 , kjer je t osc - čas nihanja.

Neposredni poskusi za opazovanje proizvodnje in v hladnih H. žarkih iz reaktorja z visokim pretokom dajejo mejo t osc > 10 7 s. V prihajajočih poskusih lahko pričakujemo povečanje občutljivosti na raven t osc ~ 10 9 s. Omejitvene okoliščine so max. intenzivnost žarkov H. in imitacija pojavov antinevtronov v detektorju kosmich. žarki.

dr. metoda opazovanja nihanj je opazovanje anihilacije antinevtronov, ki lahko nastanejo v stabilnih jedrih. V tem primeru zaradi velike razlike v interakcijskih energijah nastajajočega antinevtrona v jedru od energije vezave H. eff. čas opazovanja postane ~ 10 -22 s, vendar veliko število opazovanih jeder (~10 32) delno kompenzira zmanjšanje občutljivosti v primerjavi s poskusom H žarka. nekaj negotovosti, odvisno od nepoznavanja natančnega tipa interakcije antinevtrona v jedru, da je t osc > (1-3) . 10 7 str. bitja. povečanje meje t osc v teh poskusih ovira ozadje, ki ga povzroča interakcija prostora. nevtrini z jedri v podzemnih detektorjih.

Treba je opozoriti, da iskanje nukleonskega razpada z D B= 1 in iskanje -nihanja sta neodvisna poskusa, saj jih povzročajo bistveno različni. vrste interakcij.

Gravitacijska interakcija H. Nevtron je eden redkih elementarnih delcev, ki padejo v gravitacijsko polje. Zemljino polje je mogoče opazovati eksperimentalno. Neposredna meritev za H. se izvaja z natančnostjo 0,3 % in se ne razlikuje od makroskopske. Vprašanje skladnosti ostaja načelo enakovrednosti(enakosti inercialne in gravitacijske mase) za H. in protone.

Najbolj natančni poskusi so bili izvedeni po metodi Et-vesh za telesa z različnimi prim. relacijske vrednosti A/Ž, kje AMPAK- pri. soba, Z- naboj jeder (v enotah elementarnega naboja e). Iz teh poskusov sledi enak pospešek prostega pada za H. in protone na ravni 2·10 -9 ter enakost gravitacije. in vztrajnostna masa na ravni ~10 -12 .

Gravitacija pospeševanje in pojemek se pogosto uporabljata pri poskusih z ultrahladnim H. Uporaba gravitacijskega Refraktometer za hladno in ultrahladno H. omogoča merjenje dolžine koherentnega sipanja H. na snovi z veliko natančnostjo.

H. v kozmologiji in astrofiziki

Po sodobnih reprezentacije, v modelu Vročega vesolja (gl. teorija vročega vesolja) nastanek barionov, vključno s protoni in H., se pojavi v prvih minutah življenja vesolja. V prihodnosti določen del H., ki ni imel časa za razpad, ujamejo protoni s tvorbo 4 He. Razmerje med vodikom in 4 He je v tem primeru 70 do 30 mas. Med nastajanjem zvezd in njihovo evolucijo, naprej nukleosinteza vse do železovih jeder. Nastajanje težjih jeder nastane kot posledica eksplozij supernove z rojstvom nevtronskih zvezd, kar ustvarja možnost sukcesije. H. zajemanje z nuklidi. Obenem je kombinacija t.i. s-proces - počasen zajem H. z b-razpadom med zaporednimi zajemami in r-proces - hitro sledi. zajemanje med eksplozijami zvezd v glavnem. zna razložiti opaženo obilo elementov v vesolju predmeti.

V primarni komponenti kozmičnega H. žarki so verjetno odsotni zaradi njihove nestabilnosti. H., ki je nastala blizu površine Zemlje in se razpršila v vesolje. prostor in razpad tam očitno prispevata k nastanku elektronske in protonske komponente sevalni pasovi Zemlja.

Lit.: Gurevič I. S., Tarasov L. V., Fizika nizkoenergijskih nevtronov, M., 1965; Aleksandrov Yu. A.,. Temeljne lastnosti nevtrona, 2. izd., M., 1982.

Pogovorimo se o tem, kako najti protone, nevtrone in elektrone. V atomu so tri vrste elementarnih delcev in vsak ima svoj osnovni naboj, maso.

Struktura jedra

Da bi razumeli, kako najti protone, nevtrone in elektrone, si predstavljajte, da je glavni del atoma. Znotraj jedra so protoni in nevtroni, imenovani nukleoni. V notranjosti jedra lahko ti delci prehajajo drug v drugega.

Na primer, da bi našli protone, nevtrone in elektrone v njem, je potrebno poznati njegovo serijsko številko. Če upoštevamo, da je ta element glavni v periodičnem sistemu, potem njegovo jedro vsebuje en proton.

Premer atomskega jedra je deset tisočinka celotne velikosti atoma. Vsebuje večino celotnega atoma. Masa jedra je tisočkrat večja od vsote vseh elektronov, prisotnih v atomu.

Karakterizacija delcev

Razmislite, kako najti protone, nevtrone in elektrone v atomu, in spoznajte njihove značilnosti. Proton je tisti, ki ustreza jedru vodikovega atoma. Njegova masa presega elektron za 1836-krat. Za določitev enote električne energije, ki poteka skozi prevodnik z danim presekom, uporabite električni naboj.

Vsak atom ima v svojem jedru določeno število protonov. Je konstantna vrednost, ki označuje kemične in fizikalne lastnosti določenega elementa.

Kako najti protone, nevtrone in elektrone v ogljikovem atomu? Atomsko število tega kemičnega elementa je 6, zato jedro vsebuje šest protonov. Glede na planetarni sistem se šest elektronov giblje po orbitah okoli jedra. Za določitev števila nevtronov od vrednosti ogljika (12) odštejemo število protonov (6), dobimo šest nevtronov.

Za atom železa število protonov ustreza 26, to pomeni, da ima ta element 26. zaporedno številko v periodnem sistemu.

Nevtron je električno nevtralen delec, nestabilen v prostem stanju. Nevtron se lahko spontano pretvori v pozitivno nabit proton, medtem ko oddaja antinevtrino in elektron. Njegova povprečna razpolovna doba je 12 minut. Masno število je vsota števila protonov in nevtronov v jedru atoma. Poskusimo ugotoviti, kako najti protone, nevtrone in elektrone v ionu? Če atom med kemično interakcijo z drugim elementom pridobi pozitivno oksidacijsko stanje, se število protonov in nevtronov v njem ne spremeni, le elektroni postanejo manjši.

Zaključek

Obstajalo je več teorij o strukturi atoma, vendar nobena od njih ni bila izvedljiva. Pred različico, ki jo je ustvaril Rutherford, ni bilo podrobne razlage o lokaciji protonov in nevtronov znotraj jedra, pa tudi o rotaciji v krožnih orbitah elektronov. Po pojavu teorije planetarne strukture atoma so raziskovalci imeli priložnost ne le določiti število elementarnih delcev v atomu, ampak tudi napovedati fizikalne in kemijske lastnosti določenega kemičnega elementa.

Celoten materialni svet je po sodobni fiziki zgrajen iz treh elementarnih delcev: protona, nevtrona in elektrona. Poleg tega po znanosti obstajajo še drugi "elementarni" delci snovi v vesolju, katerih imena so očitno več kot norma. Hkrati pa funkcija teh drugih "elementarnih delcev" v obstoju in evoluciji vesolja ni jasna.

Razmislite o drugi razlagi osnovnih delcev:

Obstaja samo en elementarni delec snovi - proton. Vsi drugi "elementarni delci", vključno z nevtronom in elektronom, so le derivati protona in igrajo zelo skromno vlogo v evoluciji vesolja. Poglejmo, kako nastanejo takšni "elementarni delci".

Podrobno smo preučili strukturo elementarnega delca snovi v članku "". Na kratko o osnovnem delcu:

Elementarni delec snovi ima obliko podolgovate niti v prostoru.
Elementarni delec se lahko raztegne. V procesu raztezanja se gostota snovi znotraj elementarnega delca zmanjša.
Odsek elementarnega delca, kjer se gostota snovi zmanjša za polovico, smo imenovali kvant snovi .
V procesu gibanja elementarni delec neprekinjeno absorbira (zlaga, ) energijo.
Točka absorpcije energije ( točka uničenja ) je na vrhu vektorja gibanja elementarnega delca.
Natančneje: na vrhu aktivnega kvanta snovi.
Elementarni delec, ki absorbira energijo, nenehno povečuje hitrost svojega gibanja naprej.
Elementarni delec snovi je dipol. Pri katerem so privlačne sile koncentrirane v sprednjem delu (v smeri gibanja) delca, odbojne pa v zadnjem delu.

Lastnost elementarnosti v prostoru teoretično pomeni možnost zmanjšanja gostote snovi na nič. To pa pomeni možnost njegovega mehanskega razpoka: mesto razpoka elementarnega delca snovi lahko predstavimo kot njegov odsek z ničelno gostoto snovi.

V procesu anihilacije (absorpcije energije) elementarni delec z zlaganjem energije nenehno povečuje hitrost svojega translacijskega gibanja v prostoru.

Evolucija galaksije na koncu pripelje elementarne delce snovi do trenutka, ko postanejo sposobni izvajati raztrgajoč učinek drug na drugega. Elementarni delci se morda ne srečajo na vzporednih poteh, ko se en delec približuje drugemu počasi in gladko, kot ladja do pomola. Lahko se srečajo v vesolju in na nasprotnih poteh. Potem je močan trk in posledično zlom elementarnega delca skoraj neizogiben. Lahko padejo pod zelo močan val motenj energije, kar vodi tudi do zloma.

Kaj so lahko "ostanki", ki nastanejo kot posledica razpada osnovnega delca snovi?

Poglejmo primer, ko se zaradi zunanjega vpliva iz elementarnih delcev snovi - atoma devterija - razpade na proton in nevtron.

Pretrganje parne strukture se ne pojavi na mestu njihove povezave -. Eden od dveh osnovnih delcev parne strukture se zlomi.

Proton in nevtron se med seboj razlikujeta po svoji strukturi.

Proton je nekoliko skrajšan (po prelomu) elementarni delec,
nevtron - struktura, sestavljena iz enega polnopravnega elementarnega delca in "panja" - sprednje, lahke konice prvega delca.

Polnopravni elementarni delec ima v svoji sestavi popoln nabor - kvante snovi "N". Proton ima kvante snovi "N-n". Nevtron ima kvante "N + n".

Obnašanje protona je jasno. Tudi ko je izgubil končne kvante snovi, aktivno nadaljuje z energijo: gostota snovi njegovega novega končnega kvanta vedno ustreza pogojem anihilacije. Ta novi končni kvant snovi postane nova točka uničenja. Na splošno se proton obnaša po pričakovanjih. Lastnosti protonov so dobro opisane v katerem koli učbeniku fizike. Le da bo postal nekoliko lažji od svojega "polnopravnega" dvojnika - polnopravnega elementarnega delca snovi.

Nevtron se obnaša drugače. Najprej razmislite o strukturi nevtrona. Njena "nenavadnost" je tista, ki pojasnjuje njeno "čudnost".

V bistvu je nevtron sestavljen iz dveh delov. Prvi del je popoln elementarni delec snovi z anihilacijsko točko na sprednjem koncu. Drugi del je močno skrajšan, lahek "šar" prvega elementarnega delca, ki je ostal po pretrganju dvojne strukture in ima tudi točko anihilacije. Ta dva dela sta med seboj povezana z anihilacijskimi točkami. Tako ima nevtron dvojno točko anihilacije.

Logika razmišljanja kaže, da se bosta ta dva ponderirana dela nevrona obnašala različno. Če bo prvi del, ki je polnotežen elementarni delec, po pričakovanjih izničil prosto energijo in se postopoma pospeševal v vesolju, potem bo drugi, lahki del začel uničevati prosto energijo z višjo hitrostjo.

Gibanje elementarnega delca snovi v prostoru poteka zaradi: razpršene energije vleče delec, ki je padel v njene tokove. Jasno je, da manj masiven je delec snovi, lažje je energetskim tokovom, da ta delec vlečejo skupaj s seboj, večja je hitrost tega delca. Jasno je, da večja kot količina energije hkrati zloži aktivni kvant, močnejši kot so razpršeni energijski tokovi, lažje je tem tokovom, da vlečejo delce skupaj s seboj. Dobimo odvisnost: Hitrost translacijskega gibanja delca snovi v prostoru je sorazmerna z maso snovi njenega aktivnega kvanta in je obratno sorazmerna s celotno maso delca snovi :

Drugi, lahki del nevtrona ima maso, ki je večkrat manjša od mase polnotežnega elementarnega delca snovi. Toda mase njihovih aktivnih kvantov so enake. Se pravi: uničijo energijo z enako hitrostjo. Dobimo: hitrost translacijskega gibanja drugega dela nevtrona se bo hitro povečevala in začel bo hitreje uničevati energijo. (Da ne bi prišlo do zmede, bomo drugi, lahki del nevtrona imenovali elektron).

risba nevtrona

Močno naraščajoča količina energije, ki jo hkrati uniči elektron, medtem ko je v sestavi nevtrona, vodi v inertnost nevtrona. Elektron začne uničevati več energije kot njegov "sosed" - polnopravni elementarni delec. Ne more se še odtrgati od skupne točke uničenja nevtronov: vmešavajo se močne sile privlačnosti. Posledično začne elektron "jesti" za skupno točko anihilacije.

Hkrati se elektron začne premikati glede na svojega partnerja in njegova koncentracija proste energije pade v območje delovanja anihilacijske točke njegovega soseda. Ki takoj začne "jesti" to odebelitev. Takšen preklop elektrona in polnopravnega delca na "notranje" vire - kondenzacijo proste energije za točko anihilacije - vodi do hitrega padca sil privlačnosti in odbijanja nevtrona.

Ločitev elektrona od splošne strukture nevtrona se pojavi v trenutku, ko premik elektrona glede na elementarni delček polne teže postane dovolj velik, sila, ki teži k pretrganju privlačnih vezi dveh točk anihilacije, začne presegati sila privlačnosti teh anihilacijskih točk, drugi, lahki del nevtrona (elektrona) pa hitro odleti.

Posledično se nevtron razpade na dve enoti: polnopravni elementarni delec - proton in lahek, skrajšani del elementarnega delca snovi - elektron.

Po sodobnih podatkih struktura enega samega nevtrona obstaja približno petnajst minut. Nato spontano razpade na proton in elektron. Teh petnajst minut je čas premika elektrona glede na skupno točko anihilacije nevtrona in njegovega boja za svojo »svobodo«.

Naj povzamemo nekaj rezultatov:

PROTON je popoln elementarni delec snovi z eno točko izničenja ali težji del elementarnega delca snovi, ki ostane po ločitvi svetlobnih kvantov od njega.
NEUTRON je dvojna struktura, ki ima dve anihilacijski točki in je sestavljena iz osnovnega delca snovi in lahkega sprednjega dela drugega elementarnega delca snovi.
ELEKTRON - sprednji del elementarnega delca snovi, ki ima eno točko anihilacije, sestavljeno iz svetlobnih kvantov, ki nastanejo kot posledica razpoka osnovnega delca snovi.
Struktura "proton-nevtron", ki jo priznava znanost, je DEVTERIJ ATOM, struktura dveh osnovnih delcev, ki ima dvojno točko uničenja.

Elektron ni neodvisen elementarni delec, ki se vrti okoli jedra atoma.

Elektron, kot meni znanost, ni v sestavi atoma.

In jedro atoma kot takega v naravi ne obstaja, tako kot ni nevtrona v obliki samostojnega elementarnega delca snovi.

Tako elektron kot nevtron sta derivata parne strukture dveh osnovnih delcev, potem ko se zaradi zunanjega vpliva razbije na dva neenaka dela. V sestavi atoma katerega koli kemičnega elementa sta proton in nevtron standardna parna struktura - dva polna osnovna delca snovi - dva protona, združena s točkami anihilacije.

V sodobni fiziki obstaja neomajno stališče, da imata proton in elektron enaka, a nasprotna električna naboja. Domnevno se zaradi interakcije teh nasprotnih nabojev privlačita drug drugega. Precej logična razlaga. Pravilno odraža mehanizem pojava, vendar je popolnoma napačno - njegovo bistvo.

Elementarni delci nimajo ne pozitivnih ne negativnih »električnih« nabojev, tako kot ni posebne oblike materije v obliki »električnega polja«. Takšna "elektrika" je izum človeka, ki ga povzroča njegova nezmožnost razložiti obstoječe stanje.

»Elektriko« in elektron drug drugemu pravzaprav ustvarijo energijski tokovi, usmerjeni v njune točke uničenja, kot posledica njunega gibanja naprej v vesolju. Ko padejo v območje delovanja privlačnih sil drug drugega. Res je videti kot interakcija enake velikosti, vendar nasprotnih električnih nabojev.

"podobni električni naboji", na primer: dva protona ali dva elektrona ima tudi drugačno razlago. Do odboja pride, ko eden od delcev vstopi v območje delovanja odbojnih sil drugega delca – torej v cono kondenzacije energije za njegovo točko uničenja. To smo obravnavali v prejšnjem članku.

Interakcija "proton - antiproton", "elektron - pozitron" ima tudi drugačno razlago. Pod takšno interakcijo razumemo interakcijo duha protonov ali elektronov, ko se premikajo po poti trka. V tem primeru zaradi njihove interakcije le z privlačnostjo (odbojnosti ni, saj je odbojna cona vsakega od njih za njimi), pride do njunega trdega stika. Posledično namesto dveh protonov (elektronov) dobimo povsem drugačne »elementarne delce«, ki so pravzaprav derivati togega medsebojnega delovanja teh dveh protonov (elektronov).

Atomska zgradba snovi. Atomski model

Razmislite o strukturi atoma.

Nevtron in elektron – kot elementarni delci snovi – ne obstajata. To je tisto, o čemer smo razpravljali zgoraj. V skladu s tem: ni jedra atoma in njegove elektronske lupine. Ta napaka je močna ovira za nadaljnje raziskovanje strukture snovi.

Edini elementarni delec snovi je samo proton. Atom katerega koli kemičnega elementa je sestavljen iz parnih struktur dveh elementarnih delcev snovi (z izjemo izotopov, kjer je parni strukturi dodanih več elementarnih delcev).

Za naše nadaljnje razmišljanje je treba upoštevati koncept skupne točke izničenja.

Elementarni delci snovi medsebojno delujejo s točkami anihilacije. Ta interakcija vodi do tvorbe materialnih struktur: atomov, molekul, fizičnih teles ... Ki imajo skupno točko uničenja atoma, skupno točko uničenja molekul ...

SPLOŠNA IZNIČILNA TOČKA - je združitev dveh posameznih anihilacijskih točk elementarnih delcev snovi v skupno točko uničenja parne strukture ali skupnih anihilacijskih točk parnih struktur v skupno točko anihilacije atoma kemičnega elementa ali skupno izničenje točke atomov kemičnih elementov - v skupno točko anihilacije molekule.

Glavna stvar pri tem je, da združitev delcev snovi deluje kot privlačnost in odboj kot en sam integralni predmet. Navsezadnje lahko celo vsako fizično telo predstavimo kot skupno točko izničenja tega fizičnega telesa: to telo k sebi pritegne druga fizična telesa kot en sam, celosten fizični objekt, kot eno samo točko izničenja. V tem primeru dobimo gravitacijske pojave – privlačnost med fizičnimi telesi.

V fazi razvojnega cikla galaksije, ko sile privlačnosti postanejo dovolj velike, se začne združevanje atomov devterija v strukture drugih atomov. Atomi kemičnih elementov nastajajo zaporedno, saj se povečuje hitrost translacijskega gibanja elementarnih delcev snovi (beri: povečuje se hitrost translacijskega gibanja galaksije v vesolju) s pritrjevanjem novih parnih struktur elementarnih delcev. snovi v atom devterija.

Združitev poteka zaporedno: v vsakem novem atomu se pojavi ena nova parna struktura elementarnih delcev snovi (redkeje en sam elementarni delec). Kaj nam daje kombinacijo atomov devterija v strukturo drugih atomov:

Pojavi se skupna točka uničenja atoma. To pomeni, da bo naš atom z vsemi drugimi atomi in elementarnimi delci sodeloval z privlačnostjo in odbijanjem kot enotna integralna struktura.
Pojavi se prostor atoma, znotraj katerega bo gostota proste energije večkrat presegla gostoto proste energije zunaj njegovega prostora. Zelo visoka gostota energije za eno samo točko uničenja v prostoru atoma preprosto ne bo imela časa, da bi močno padla: razdalje med elementarnimi delci so premajhne. Povprečna gostota proste energije v intraatomskem prostoru večkrat presega vrednost konstante gostote proste energije vesolja.

Pri konstrukciji atomov kemičnih elementov, molekul kemičnih snovi, fizičnih teles se kaže najpomembnejši zakon interakcije med materialnimi delci in telesi:

Moč intranuklearnih, kemičnih, električnih, gravitacijskih vezi je odvisna od razdalj med anihilacijskimi točkami znotraj atoma, med skupnimi točkami anihilacije atomov znotraj molekul, med skupnimi točkami uničenja molekul znotraj fizičnih teles, med fizičnimi telesi. Manjša kot je razdalja med skupnimi točkami izničenja, močnejše privlačne sile delujejo med njimi.

Jasno je, da:

Z intranuklearnimi vezmi razumemo interakcije med elementarnimi delci in med parnimi strukturami znotraj atomov.
S kemičnimi vezmi razumemo interakcije med atomi v strukturi molekul.
Pod električnimi povezavami razumemo interakcije med molekulami v sestavi fizičnih teles, tekočin, plinov.
Z gravitacijskimi vezmi razumemo interakcije med fizičnimi telesi.

Do nastanka drugega kemičnega elementa - atoma helija - pride, ko galaksija v vesolju pospeši do dovolj visoke hitrosti. Ko privlačna sila dveh atomov devterija doseže veliko vrednost, se približata na razdaljo, ki jima omogoča, da se združita v štirikratna struktura atoma helija.

Nadaljnje povečanje hitrosti progresivnega gibanja galaksije vodi do tvorbe atomov naslednjih (po periodnem sistemu) kemičnih elementov. Hkrati: geneza atomov vsakega kemičnega elementa ustreza svoji, strogo določeni hitrosti progresivnega gibanja galaksije v vesolju. Pokličimo jo standardna hitrost tvorbe atoma kemičnega elementa .

Atom helija je drugi atom za vodikom, ki nastane v galaksiji. Potem, ko se hitrost premikanja galaksije naprej poveča, se naslednji atom devterija prebije do atoma helija. To pomeni, da je hitrost gibanja galaksije naprej dosegla standardno hitrost tvorbe litijevega atoma. Potem bo dosegel standardno hitrost tvorbe atoma berilija, ogljika ..., in tako naprej, v skladu s periodnim sistemom.

atomski model

Na zgornjem diagramu lahko vidimo, da:

Vsako obdobje v atomu je obroč parnih struktur.
Središče atoma vedno zaseda štirikratna struktura atoma helija.
Vse seznanjene strukture istega obdobja se nahajajo strogo v isti ravnini.
Razdalje med obdobji so veliko večje kot razdalje med parnimi strukturami znotraj enega obdobja.

Seveda je to zelo poenostavljena shema in ne odraža vseh realnosti konstrukcije atomov. Na primer: vsaka nova parna struktura, ki se združuje z atomom, premakne preostale parne strukture obdobja, na katerega je vezana.

Dobimo načelo konstruiranja obdobja v obliki obroča okoli geometrijskega središča atoma:

struktura obdobja je zgrajena v eni ravnini. To olajša splošni vektor translacijskega gibanja vseh elementarnih delcev galaksije.
parne strukture istega obdobja so zgrajene okoli geometrijskega središča atoma na enaki razdalji.
atom, okoli katerega je zgrajeno novo obdobje, se do tega novega obdobja obnaša kot enoten integralni sistem.

Tako dobimo najpomembnejšo pravilnost pri gradnji atomov kemičnih elementov:

REGULARNOST STROGO DOLOČENEGA ŠTEVILA PARNIH STRUKTURA: hkrati se lahko na določeni razdalji od geometrijskega središča skupne točke uničenja atoma nahaja le določeno število parnih struktur elementarnih delcev snovi.

To je: v drugem, tretjem obdobju periodnega sistema - po osem elementov, v četrtem, petem - osemnajst, v šestem, sedmem - dvaintrideset. Naraščajoči premer atoma omogoča, da se število parnih struktur poveča v vsakem naslednjem obdobju.

Jasno je, da ta vzorec določa načelo periodičnosti pri konstrukciji atomov kemičnih elementov, ki ga je odkril D.I. Mendelejev.

Vsako obdobje znotraj atoma kemičnega elementa se v odnosu do njega obnaša kot en sam integralni sistem. To določajo skoki v razdaljah med obdobji: veliko večji od razdalj med parnimi strukturami znotraj obdobja.

Atom z nepopolno dobo kaže kemično aktivnost v skladu z zgornjo pravilnostjo. Ker obstaja neravnovesje sil privlačnosti in odbijanja atoma v korist privlačnih sil. Toda z dodajanjem zadnje strukture para neravnovesje izgine, novo obdobje dobi obliko pravilnega kroga - postane enoten, celosten, popoln sistem. In dobimo atom inertnega plina.

Najpomembnejši vzorec gradnje strukture atoma je: atom ima ploskovno kaskadostrukturo . Nekaj kot lestenec.

parne strukture istega obdobja naj se nahajajo v isti ravnini, pravokotno na vektor translacijskega gibanja atoma.
hkrati pa morajo obdobja v atomu kaskadirati.

To pojasnjuje, zakaj je v drugem in tretjem obdobju (pa tudi v četrtem - petem, šestem - sedmem) enako število parnih struktur (glej spodnjo sliko). Takšna struktura atoma je posledica porazdelitve privlačnih in odbojnih sil osnovnega delca: privlačne sile delujejo v sprednji (v smeri gibanja) polobli delca, odbojne sile - v zadnji polobli.

V nasprotnem primeru koncentracije proste energije za točkami anihilacije nekaterih parnih struktur padejo v območje privlačnosti anihilacijskih točk drugih parnih struktur in atom bo neizogibno razpadel.

Spodaj vidimo shematsko volumetrično sliko atoma argona

model atoma argona

Na spodnji sliki lahko vidimo "presek", "stranski pogled" dveh obdobij atoma - drugega in tretjega:

Natanko tako naj bodo parne strukture usmerjene glede na središče atoma v obdobjih z enakim številom parnih struktur (druga - tretja, četrta - peta, šesta - sedma).

Količina energije v kondenzaciji za anihilacijsko točko elementarnega delca nenehno raste. To postane jasno iz formule:

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

kje:

E 1 je količina proste energije, ki jo zvije (absorbira) točka anihilacije s sprednje poloble gibanja.

E 2 je količina proste energije zložene (absorbirane) točke anihilacije iz zadnje poloble gibanja.

ΔЕ je razlika med količino proste energije, zvite (absorbirane) iz sprednje in zadnje poloble gibanja elementarnega delca.

W je hitrost gibanja elementarnega delca.

Tu vidimo nenehno povečevanje mase kondenzacije energije za točko anihilacije gibajočega se delca, saj se hitrost njegovega gibanja naprej povečuje.

V strukturi atoma se bo to pokazalo v tem, da bo gostota energije za strukturo vsakega naslednjega atoma eksponentno rasla. Anihilacijske točke se s svojo privlačno silo držijo druga drugo z "železnim oprijemom". Hkrati bo naraščajoča odbojna sila vse bolj odvračala parne strukture atoma drug od drugega. Tako dobimo ravno kaskadno konstrukcijo atoma.

Atom naj bi po obliki spominjal na obliko sklede, kjer je "dno" struktura atoma helija. In "robovi" sklede so zadnje obdobje. Mesta "upogibov sklede": drugo - tretje, četrto - peto, šesto - sedmo obdobje. Ti "upogibi" omogočajo oblikovanje različnih obdobij z enakim številom seznanjenih struktur.

model atoma helija

Ravno kaskadna struktura atoma in obročna razporeditev parnih struktur v njej določata periodičnost in vrsto konstrukcije periodičnega sistema kemičnih elementov Mendelejeva, periodičnost manifestacije podobnih kemičnih lastnosti atomov enega. vrstico periodnega sistema.

Ravninsko - kaskadna struktura atoma daje videz enotnega prostora atoma z visoko gostoto proste energije.

Vse parne strukture atoma so usmerjene v smeri središča atoma (natančneje: v smeri točke, ki se nahaja na geometrijski osi atoma, v smeri gibanja atoma).
Vse posamezne točke anihilacije se nahajajo vzdolž obročev obdobij znotraj atoma.
Vsi posamezni grozdi proste energije se nahajajo za njihovimi točkami uničenja.

Rezultat: ena sama koncentracija proste energije visoke gostote, katere meje so meje atoma. Te meje, kot razumemo, so meje delovanja sil, ki jih v znanosti poznamo kot sile Yukawa.

Ravninsko-kaskadna struktura atoma daje na določen način prerazporeditev con privlačnosti in odbijanja. Že opazujemo prerazporeditev con privlačnosti in odbijanja v parni strukturi:

Območje delovanja odbojnih sil parne strukture se poveča zaradi območja delovanja privlačnih sil (v primerjavi z enojnimi elementarnimi delci). Območje delovanja privlačnih sil se ustrezno zmanjša. (Območje delovanja privlačne sile se zmanjša, ne pa tudi sama sila). Ploskokaskadna struktura atoma nam daje še večje povečanje območja delovanja odbojnih sil atoma.

Z vsakim novim obdobjem se območje delovanja odbojnih sil nagiba k oblikovanju polne krogle.
Območje delovanja privlačnih sil bo vedno manjši stožec v premeru

Pri gradnji novega obdobja atoma je mogoče zaslediti še eno pravilnost: vse parne strukture enega obdobja se nahajajo strogo simetrično glede na geometrijsko središče atoma, ne glede na število parnih struktur v obdobju.

Vsaka nova parna struktura, ki se združuje, spremeni lokacijo vseh ostalih parnih struktur obdobja, tako da so razdalje med njimi v obdobju vedno enake. Te razdalje se zmanjšajo z dodatkom naslednje strukture para. Nepopolna zunanja doba atoma kemičnega elementa ga naredi kemično aktivnega.

Razdalje med obdobji, ki so veliko večje od razdalj med parnimi delci znotraj obdobja, naredijo obdobja relativno neodvisne druga od drugega.

Vsako obdobje atoma je povezano z vsemi drugimi obdobji in s celotnim atomom kot samostojno celoto.

To določa, da je kemična aktivnost atoma skoraj 100 % določena le z zadnjim obdobjem atoma. Popolnoma zapolnjeno zadnje obdobje nam daje maksimalno zapolnjeno območje odbojnih sil atoma. Kemična aktivnost atoma je skoraj nič. Atom, kot žogica, odriva druge atome od sebe. Tu vidimo plin. Pa ne samo plin, ampak inerten plin.

Dodatek prve parne strukture novega obdobja spremeni to idilično sliko. Razporeditev območij delovanja sil odbijanja in privlačnosti se spreminja v korist privlačnih sil. Atom postane kemično aktiven. To je atom alkalijske kovine.

Z dodajanjem vsake naslednje parne strukture se ravnotežje območij porazdelitve sil privlačnosti in odbijanja atoma spremeni: območje odbojnih sil se poveča, območje privlačnih sil se zmanjša. In vsak naslednji atom postane malo manj kovina in malo več nekovina.

Ploska kaskadna oblika atomov, prerazporeditev območij delovanja sil privlačnosti in odbijanja nam daje naslednje: Atom kemičnega elementa, ki se sreča z drugim atomom tudi na poti trka, brez napak pade v območje delovanja odbojnih sil tega atoma. In ne uniči samega sebe in ne uniči tega drugega atoma.

Vse to nas pripelje do izjemnega rezultata: atomi kemičnih elementov, ki vstopajo med seboj v spojine, tvorijo tridimenzionalne strukture molekul. V nasprotju s ploščato - kaskadno strukturo atomov. Molekula je stabilna tridimenzionalna struktura atomov.

Razmislite o energetskih tokovih znotraj atomov in molekul.

Najprej opozorimo, da bo elementarni delec absorbiral energijo v ciklih. Se pravi: v prvi polovici cikla elementarni delec absorbira energijo iz najbližjega prostora. Tu nastane praznina - prostor brez proste energije.

V drugi polovici cikla: energije iz bolj oddaljenega okolja bodo takoj začele zapolnjevati nastalo praznino. To pomeni, da bodo v vesolju prisotni energetski tokovi, usmerjeni do točke uničenja. Delec prejme pozitiven zagon translacijskega gibanja. In vezana energija znotraj delca bo začela prerazporediti svojo gostoto.

Kaj nas tukaj zanima?

Ker je cikel anihilacije razdeljen na dve fazi: fazo absorpcije energije in fazo gibanja energije (zapolnitev praznine), se bo povprečna hitrost energijskih tokov v območju točke anihilacije zmanjšala, grobo rečeno, za faktor dve.

In kar je izjemno pomembno:

Pri gradnji atomov, molekul, fizičnih teles se kaže zelo pomembna pravilnost: stabilnost vseh materialnih struktur, kot so: parne strukture - atomi devterija, posamezne periode okoli atomov, atomi, molekule, fizična telesa, je zagotovljena s strogo urejenostjo njihovih procesov anihilacije.

Razmislite o tem.

Energijski tokovi, ki jih ustvari parna struktura. V parni strukturi elementarni delci sinhrono uničijo energijo. V nasprotnem primeru bi elementarni delci "požrli" koncentracijo energije za točko uničenja drug drugega. Dobimo jasne valovne karakteristike parne strukture. Poleg tega vas spomnimo, da se zaradi cikličnosti procesov anihilacije povprečna hitrost energetskih tokov tukaj zmanjša za polovico.
Energija teče znotraj atoma. Načelo je enako: vse seznanjene strukture istega obdobja morajo uničiti energijo sinhrono - v sinhronih ciklih. Podobno: procesi uničenja znotraj atoma morajo biti sinhronizirani med obdobji. Vsaka asinhronija vodi v uničenje atoma. Tukaj se lahko sinhronost nekoliko razlikuje. Lahko se domneva, da obdobja v atomu v valu zaporedno uničijo energijo, druga za drugo.
Energija teče znotraj molekule, fizičnega telesa. Razdalje med atomi v strukturi molekule so večkrat večje od razdalje med obdobji znotraj atoma. Poleg tega ima molekula masivno strukturo. Tako kot vsako fizično telo ima tudi tridimenzionalno strukturo. Jasno je, da mora biti sinhronizem procesov anihilacije tukaj dosleden. Usmerjeno od obrobja do središča ali obratno: od središča do obrobja - štejte, kot želite.

Načelo sinhronosti nam daje še dve pravilnosti:

Hitrost pretoka energije znotraj atomov, molekul, fizičnih teles je veliko manjša od hitrostne konstante gibanja energije v vesolju. Ta vzorec nam bo pomagal razumeti (v članku #7) procese električne energije.
Večjo strukturo kot vidimo (zaporedoma: elementarni delec, atom, molekula, fizično telo), večjo valovno dolžino v njenih valovnih značilnostih bomo opazili. To velja tudi za fizična telesa: večja kot je masa fizičnega telesa, večjo je valovno dolžino.

stran 1

Nevtronski naboj je nič. Posledično nevtroni ne igrajo vloge pri velikosti naboja jedra atoma. Zaporedna številka kroma je enaka enaki vrednosti.

Protonski naboj qp e Nevtronski naboj je enak nič.

Zlahka je videti, da je v tem primeru naboj nevtrona nič, proton pa 1, kot je bilo pričakovano. Dobijo se vsi barioni, vključeni v dve družini - osem in deset. Mezoni so sestavljeni iz kvarka in antikvarka. Črtica označuje antikvarke; njihov električni naboj se po predznaku razlikuje od naboja ustreznega kvarka. Čuden kvark ne vstopi v pi-mezon, pi-mezoni, kot smo že rekli, so delci s čudnostjo in spinom enak nič.

Ker je naboj protona enak naboju elektrona in je naboj nevtrona enak krogli, potem bo, če je močna interakcija izklopljena, interakcija protona z elektromagnetnim poljem A običajna interakcija Diracovega delca - Yp / V. Nevtron ne bi imel elektromagnetne interakcije.

Oznake: 67 - razlika naboja med elektronom in protonom; q je nevtronski naboj; qg je absolutna vrednost naboja elektrona.

Jedro sestavljajo pozitivno nabiti elementarni delci – protoni in nevtroni, ki nimajo naboja.

Osnova sodobnih idej o strukturi snovi je izjava o obstoju atomov snovi, ki jih sestavljajo pozitivno nabiti protoni in nevtroni brez naboja, ki tvorijo pozitivno nabito jedro, in negativno nabiti elektroni, ki se vrtijo okoli jedra. Energijske ravni elektronov so po tej teoriji diskretne narave, izguba ali pridobitev dodatne energije z njimi pa se obravnava kot prehod z ene dovoljene energijske ravni na drugo. V tem primeru postane diskretna narava elektronskih energijskih nivojev razlog za enako diskretno absorpcijo ali oddajanje energije elektrona med prehodom z ene energetske ravni na drugo.

Domnevali smo, da je naboj atoma ali molekule v celoti določen s skalarno vsoto q Z (q Nqn, kjer je Z število parov elektron-proton, (q qp - qe je razlika v nabojih elektrona in protona , N je število nevtronov, qn pa naboj nevtrona.

Jedrski naboj je določen le s številom protonov Z, njegovo masno število A pa sovpada s skupnim številom protonov in nevtronov. Ker je naboj nevtrona enak nič, po Coulombovem zakonu ni električne interakcije med dvema nevtronima, pa tudi med protonom in nevtronom. Hkrati med obema protonoma deluje električna odbojna sila.

Nadalje, v mejah merilne natančnosti ni bil nikoli zabeležen niti en kolizijski proces, pri katerem ne bi bil upoštevan zakon o ohranitvi naboja. Na primer, neprilagodljivost nevtronov v enotnih električnih poljih omogoča, da se nevtronski naboj obravnava kot enak nič z natančnostjo 1 (H7 naboja elektrona.

Rekli smo že, da je razlika med magnetnim momentom protona in enega jedrskega magnetona neverjeten rezultat. Še bolj presenetljivo (Zdi se, da obstaja magnetni moment za nevtron brez naboja.

Zlahka je videti, da te sile niso reducirane na nobeno od vrst sil, obravnavanih v prejšnjih delih tečaja fizike. Dejansko, če predpostavimo, na primer, da med nukleoni v jedrih delujejo gravitacijske sile, potem je iz znanih mas protonov in nevtronov enostavno izračunati, da bo vezavna energija na delec zanemarljiva - 1036-krat manjša od opažene eksperimentalno. Izgine tudi domneva o električni naravi jedrskih sil. Dejansko si je v tem primeru nemogoče predstavljati stabilno jedro, sestavljeno iz enega nabitega protona in brez naboja nevtrona.

Močna vez, ki obstaja med nukleoni v jedru, kaže na prisotnost v atomskih jedrih posebnih, tako imenovanih jedrskih sil. Zlahka je videti, da te sile niso reducirane na nobeno od vrst sil, obravnavanih v prejšnjih delih tečaja fizike. Dejansko, če predpostavimo, na primer, da med nukleoni v jedrih delujejo gravitacijske sile, potem je iz znanih mas protona in nevtrona enostavno izračunati, da bo energija vezave na delec zanemarljiva - bo 1038-krat manjša od ki so ga eksperimentalno opazili. Izgine tudi domneva o električni naravi jedrskih sil. Dejansko si je v tem primeru nemogoče predstavljati stabilno jedro, sestavljeno iz enega nabitega protona in brez naboja nevtrona.