Låt oss prata om hur man hittar protoner, neutroner och elektroner. Elementarpartiklar

Översättning

I centrum av varje atom finns kärnan, en liten samling partiklar som kallas protoner och neutroner. I den här artikeln kommer vi att studera naturen hos protoner och neutroner, som består av ännu mindre partiklar - kvarkar, gluoner och antikvarkar. (Gluoner, som fotoner, är deras egna antipartiklar.) Kvarkar och gluoner kan, så vitt vi vet, vara verkligt elementära (odelbara och inte sammansatta av något mindre). Men till dem senare.

Överraskande nog har protoner och neutroner nästan samma massa - upp till en procentandel:

0,93827 GeV/c 2 för en proton,
0,93957 GeV/c2 för en neutron.

Detta är nyckeln till deras natur - de är faktiskt väldigt lika. Ja, det finns en uppenbar skillnad mellan dem: protonen har en positiv elektrisk laddning, medan neutronen inte har någon laddning (den är neutral, därav dess namn). Följaktligen verkar elektriska krafter på den första, men inte på den andra. Vid första anblicken verkar denna distinktion vara väldigt viktig! Men det är det faktiskt inte. I alla andra betydelser är protonen och neutronen nästan tvillingar. De har identiska inte bara massor, utan också den inre strukturen.

Eftersom de är så lika, och eftersom dessa partiklar utgör kärnor, kallas protoner och neutroner ofta som nukleoner.

Protoner identifierades och beskrevs runt 1920 (även om de upptäcktes tidigare; kärnan i en väteatom är bara en enda proton), och neutroner hittades någonstans 1933. Att protoner och neutroner är så lika varandra förstod man nästan omedelbart. Men det faktum att de har en mätbar storlek jämförbar med storleken på kärnan (cirka 100 000 gånger mindre än en atom i radie) var inte känt förrän 1954. Att de är uppbyggda av kvarkar, antikvarkar och gluoner förstod man gradvis från mitten av 1960-talet till mitten av 1970-talet. I slutet av 70-talet och början av 80-talet hade vår förståelse av protoner, neutroner och vad de är gjorda av i stort sett lugnat sig, och har varit oförändrad sedan dess.

Nukleoner är mycket svårare att beskriva än atomer eller kärnor. Därmed inte sagt att atomer i princip är enkla, men man kan åtminstone utan att tveka säga att en heliumatom består av två elektroner i omloppsbana runt en liten heliumkärna; och heliumkärnan är en ganska enkel grupp av två neutroner och två protoner. Men med nukleoner är allt inte så enkelt. Jag skrev redan i artikeln "Vad är en proton, och vad har den inuti?" att atomen är som en elegant menuett, och nukleonen är som en vild fest.

Protonens och neutronens komplexitet verkar vara verklig och härrör inte från ofullständig fysisk kunskap. Vi har ekvationer som används för att beskriva kvarkar, antikvarkar och gluoner och de starka kärnkrafter som pågår mellan dem. Dessa ekvationer kallas QCD, från "quantum chromodynamik". Ekvationernas noggrannhet kan testas på olika sätt, bland annat genom att mäta antalet partiklar som förekommer vid Large Hadron Collider. Genom att koppla in QCD-ekvationerna till en dator och köra beräkningar på egenskaperna hos protoner och neutroner, och andra liknande partiklar (tillsammans kallade "hadroner"), får vi förutsägelser av egenskaperna hos dessa partiklar som väl närmar sig observationer gjorda i den verkliga världen . Därför har vi anledning att tro att QCD-ekvationerna inte ljuger, och att vår kunskap om protonen och neutronen är baserad på de korrekta ekvationerna. Men att bara ha de rätta ekvationerna är inte tillräckligt, eftersom:

Enkla ekvationer kan ha mycket komplexa lösningar,
Ibland går det inte att beskriva komplexa lösningar på ett enkelt sätt.

Så vitt vi kan säga är det precis så med nukleoner: de är komplexa lösningar på relativt enkla QCD-ekvationer, och det är inte möjligt att beskriva dem med ett par ord eller bilder.

På grund av nukleonernas inneboende komplexitet måste du, läsaren, göra ett val: hur mycket vill du veta om komplexiteten som beskrivs? Oavsett hur långt du går kommer du sannolikt inte att vara nöjd: ju mer du lär dig, desto mer förståeligt kommer ämnet att bli, men det slutliga svaret kommer att förbli detsamma - protonen och neutronen är mycket komplexa. Jag kan erbjuda dig tre nivåer av förståelse, med ökande detaljer; du kan sluta efter vilken nivå som helst och gå vidare till andra ämnen, eller så kan du dyka till den sista. Varje nivå väcker frågor som jag delvis kan svara på i nästa, men nya svar väcker nya frågor. Sammanfattningsvis - som jag gör i professionella diskussioner med kollegor och avancerade studenter - kan jag bara hänvisa dig till data från verkliga experiment, olika inflytelserika teoretiska argument och datorsimuleringar.

Första nivån av förståelse

Vad är protoner och neutroner gjorda av?

Ris. 1: En alltför förenklad version av protoner, bestående av endast två uppkvarkar och en nedkvarkar, och neutroner, bestående av endast två nedkvarkar och en uppkvarkar

För att förenkla saker anger många böcker, artiklar och webbplatser att protoner består av tre kvarkar (två upp och en ner) och ritar något som liknar en figur. 1. Neutronen är densamma, bara bestående av en upp- och två nedkvarkar. Denna enkla bild illustrerar vad vissa forskare trodde, mest på 1960-talet. Men det stod snart klart att denna synpunkt var alltför förenklad till den grad att den inte längre var korrekt.

Från mer sofistikerade informationskällor kommer du att lära dig att protoner består av tre kvarkar (två upp och en ner) som hålls samman av gluoner - och det kan dyka upp en bild som liknar fig. 2, där gluoner ritas som fjädrar eller strängar som håller kvarkar. Neutroner är likadana, med bara en upp-kvark och två ned-kvarkar.

Ris. 2: förbättring fig. 1 på grund av betoningen på den starka kärnkraftens viktiga roll, som håller kvarkar i protonen

Inte ett så dåligt sätt att beskriva nukleoner, eftersom det betonar den viktiga roll som den starka kärnkraften spelar, som håller kvar kvarkarna i protonen på bekostnad av gluonerna (på samma sätt som fotonen, partikeln som utgör ljus, är förknippad med den elektromagnetiska kraften). Men det är också förvirrande eftersom det inte riktigt förklarar vad gluoner är eller vad de gör.

Det finns skäl att gå vidare och beskriva saker som jag gjorde i : en proton består av tre kvarkar (två upp och en ner), ett gäng gluoner och ett berg av kvarkar-antikvarkar (mest upp och ner kvarkar) , men det finns några konstiga också). De flyger alla fram och tillbaka med mycket höga hastigheter (närmar sig ljusets hastighet); Hela denna uppsättning hålls samman av den starka kärnkraften. Jag har visat detta i fig. 3. Neutroner är återigen samma, men med en upp- och två nedkvarkar; kvarken som har bytt ägande indikeras med en pil.

Ris. 3: mer realistisk, men fortfarande inte idealisk, skildring av protoner och neutroner

Dessa kvarkar, antikvarkar och gluoner springer inte bara fram och tillbaka, utan kolliderar också med varandra och förvandlas till varandra genom processer som partikelförintelse (där en kvark och en antikvark av samma typ förvandlas till två gluoner, eller vice). versa) eller absorption och emission av en gluon (där en kvark och en gluon kan kollidera och producera en kvark och två gluoner, eller vice versa).

Vad har dessa tre beskrivningar gemensamt:

Två uppkvarkar och en nedkvarkar (plus något annat) för en proton.
En upp-kvark och två ner-kvarkar (plus något annat) för en neutron.
"Något annat" för neutroner är detsamma som "något annat" för protoner. Det vill säga nukleoner har "något annat" samma sak.
Den lilla skillnaden i massa mellan protonen och neutronen uppstår på grund av skillnaden i massorna av nerkvarken och uppkvarken.

Och sedan:

för uppkvarkar är den elektriska laddningen 2/3 e (där e är laddningen för protonen, -e är laddningen för elektronen),
dunkvarkar har en laddning på -1/3e,
gluoner har en laddning på 0,
vilken kvark som helst och dess motsvarande antikvark har en total laddning på 0 (till exempel har anti-down-kvarken en laddning på +1/3e, så down-kvarken och ner-antikvarken kommer att ha en laddning på –1/3 e +1/ 3 e = 0),

Varje figur tilldelar protonens elektriska laddning till två upp- och en nedkvarkar, och "något annat" lägger till 0 till laddningen. På samma sätt har neutronen nollladdning på grund av en upp- och två nerkvarkar:

protonens totala elektriska laddning 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
neutronens totala elektriska laddning är 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.

Dessa beskrivningar skiljer sig åt enligt följande:

hur mycket "något annat" inuti nukleonen,
vad gör den där
varifrån kommer massan och massenergin (E = mc 2 , energin som finns där även när partikeln är i vila) från nukleonen.

Eftersom det mesta av en atoms massa, och därför av all vanlig materia, finns i protoner och neutroner, är den sista punkten extremt viktig för en korrekt förståelse av vår natur.

Ris. 1 säger att kvarkar i själva verket representerar en tredjedel av en nukleon - ungefär som en proton eller en neutron representerar en fjärdedel av en heliumkärna eller 1/12 av en kolkärna. Om denna bild var sann skulle kvarkarna i nukleonen röra sig relativt långsamt (med hastigheter mycket lägre än ljusets hastighet) med relativt svaga krafter som verkar mellan dem (om än med någon kraftfull kraft som håller dem på plats). Kvarks massa, upp och ner, skulle då vara i storleksordningen 0,3 GeV/c 2 , ungefär en tredjedel av en protons massa. Men det här är en enkel bild, och idéerna den påtvingar är helt enkelt felaktiga.

Ris. 3. ger en helt annan uppfattning om protonen, som en kittel av partiklar som susar genom den med hastigheter nära ljusets hastighet. Dessa partiklar kolliderar med varandra, och i dessa kollisioner förintar några av dem och andra skapas i deras ställe. Gluoner har ingen massa, de övre kvarkarnas massor är cirka 0,004 GeV/c 2 , och massorna av de nedre kvarkarna är cirka 0,008 GeV/c 2 - hundratals gånger mindre än en proton. Var kommer protonens massenergi ifrån, frågan är komplex: en del av den kommer från energin från massan av kvarkar och antikvarkar, en del kommer från rörelseenergin hos kvarkar, antikvarkar och gluoner, och en del (eventuellt positiva) , möjligen negativ) från energin som lagras i den starka kärnväxelverkan, som håller kvarkar, antikvarkar och gluoner samman.

På sätt och vis, Fig. 2 försöker eliminera skillnaden mellan fig. 1 och fig. 3. Det förenklar riset. 3, tar bort många kvarka-antikvark-par, som i princip kan kallas efemära, eftersom de ständigt uppstår och försvinner och inte är nödvändiga. Men det ger intrycket att gluonerna i nukleonerna är en direkt del av den starka kärnkraft som håller fast protonerna. Och det förklarar inte var protonens massa kommer ifrån.

Vid fig. 1 har en annan nackdel, förutom protonens och neutronens smala ramar. Det förklarar inte några av egenskaperna hos andra hadroner, såsom pion och rho meson. Samma problem finns i fig. 2.

Dessa restriktioner har lett till att jag ger mina elever och på min hemsida en bild från fig. 3. Men jag vill varna dig för att den också har många begränsningar, som jag kommer att överväga senare.

Det bör noteras att den extrema komplexiteten hos strukturen, antydd i fig. 3 kan förväntas från ett föremål som hålls samman av en så kraftfull kraft som den starka kärnkraften. Och en sak till: tre kvarkar (två upp och en ner för en proton) som inte ingår i en grupp kvarka-antikvarkar kallas ofta för "valenskvarkar", och par av kvark-antikvarkar kallas ett "hav av kvargpar." Ett sådant språk är tekniskt bekvämt i många fall. Men det ger det felaktiga intrycket att om man kunde titta in i protonen och titta på en viss kvark, så kunde man direkt se om det var en del av havet eller en valens. Detta kan inte göras, det finns helt enkelt inget sådant sätt.

Protonmassa och neutronmassa

Eftersom massorna av protonen och neutronen är så lika, och eftersom protonen och neutronen endast skiljer sig åt när det gäller att ersätta en uppkvark med en nedkvark, verkar det troligt att deras massor tillhandahålls på samma sätt, kommer från samma källa , och deras skillnad ligger i den lilla skillnaden mellan upp- och nerkvarkar. Men de tre figurerna ovan visar att det finns tre väldigt olika syn på protonmassans ursprung.

Ris. 1 säger att upp- och nedkvarkarna helt enkelt utgör 1/3 av protonens och neutronens massa: cirka 0,313 GeV/c 2 , eller på grund av den energi som behövs för att kvarhålla kvarkarna i protonen. Och eftersom skillnaden mellan massorna av en proton och en neutron är en bråkdel av en procent, måste skillnaden mellan massorna av en upp och ner kvark också vara en bråkdel av en procent.

Ris. 2 är mindre tydlig. Vilken del av massan av en proton finns på grund av gluoner? Men i princip följer det av figuren att det mesta av protonens massa fortfarande kommer från massan av kvarkar, som i fig. ett.

Ris. 3 återspeglar ett mer subtilt förhållningssätt till hur protonens massa faktiskt uppstår (som vi kan verifiera direkt genom datorberäkningar av protonen, och inte direkt med andra matematiska metoder). Det skiljer sig mycket från idéerna som presenteras i fig. 1 och 2, och det visar sig inte vara så enkelt.

För att förstå hur detta fungerar måste man inte tänka i termer av protonens massa m, utan i termer av dess massenergi E = mc 2 , energin som är förknippad med massa. Den begreppsmässigt korrekta frågan är inte ”var kommer protonmassan m ifrån”, varefter man kan räkna ut E genom att multiplicera m med c 2 , utan tvärtom: ”varifrån kommer energin i protonmassan E”, varefter du kan beräkna massan m genom att dividera E med c 2 .

Det är användbart att klassificera bidrag till protonmassans energi i tre grupper:

A) Massenergin (viloenergi) för kvarkarna och antikvarkar som finns i den (gluoner, masslösa partiklar, ger inget bidrag).
B) Rörelseenergi (kinetisk energi) hos kvarkar, antikvarkar och gluoner.
C) Interaktionsenergin (bindande energi eller potentiell energi) lagrad i den starka kärnväxelverkan (mer exakt, i gluonfälten) som håller protonen.

Ris. 3 säger att partiklarna inuti protonen rör sig med hög hastighet och att den är full av masslösa gluoner, så bidraget från B) är större än A). Vanligtvis, i de flesta fysiska system, är B) och C) jämförbara, medan C) ofta är negativ. Så massenergin för protonen (och neutronen) härrör mestadels från kombinationen av B) och C), där A) bidrar med en liten del. Därför uppträder massorna av protonen och neutronen huvudsakligen inte på grund av massorna av partiklarna som finns i dem, utan på grund av dessa partiklars rörelseenergier och energin av deras interaktion associerad med gluonfälten som genererar krafterna som håller protonen. I de flesta andra system vi är bekanta med är energibalansen olika fördelad. Till exempel i atomer och i solsystemet dominerar A) medan B) och C) erhålls mycket mindre och är jämförbara i storlek.

Sammanfattningsvis påpekar vi att:

Ris. 1 antyder att protonens massenergi kommer från bidraget A).
Ris. 2 antyder att både bidrag A) och C) är viktiga och B) ger ett litet bidrag.
Ris. 3 antyder att B) och C) är viktiga, medan bidraget från A) är försumbart.

Vi vet att ris är korrekt. 3. För att testa det kan vi köra datorsimuleringar, och ännu viktigare, tack vare olika övertygande teoretiska argument, vet vi att om massorna av upp- och nedkvarkar var noll (och allt annat förblev som det är), protonen är praktiskt taget skulle förändras. Så tydligen kan kvarkmassorna inte ge viktiga bidrag till protonens massa.

Om fig. 3 inte ljuger, massorna av kvarken och antikvarken är mycket små. Hur är de egentligen? Massan av toppkvarken (liksom antikvarken) överstiger inte 0,005 GeV/c 2 , vilket är mycket mindre än 0,313 GeV/c 2 , vilket följer av fig. 1. (Massan av en uppkvark är svår att mäta och varierar på grund av subtila effekter, så den kan vara mycket mindre än 0,005 GeV/c2). Massan av bottenkvarken är ungefär 0,004 GeV/c 2 större än massan av den översta. Det betyder att massan av någon kvark eller antikvark inte överstiger en procent av massan av en proton.

Observera att detta betyder (i motsats till fig. 1) att förhållandet mellan massan av nerkvarken och uppkvarken inte närmar sig enhet! Dunkvarkens massa är minst dubbelt så stor som uppkvarkens. Anledningen till att massorna av neutronen och protonen är så lika är inte att massorna av upp- och nedkvarkar är lika, utan att massorna av upp- och nerkvarkar är mycket små - och skillnaden mellan dem är liten, i förhållande till protonens och neutronens massor. Kom ihåg att för att omvandla en proton till en neutron behöver du helt enkelt ersätta en av dess upp-kvarkar med en ned-kvark (Figur 3). Denna förändring är tillräckligt för att göra neutronen något tyngre än protonen och ändra dess laddning från +e till 0.

Förresten, det faktum att olika partiklar inuti en proton kolliderar med varandra, och ständigt dyker upp och försvinner, påverkar inte de saker vi diskuterar – energi sparas vid vilken kollision som helst. Massenergin och rörelseenergin hos kvarkar och gluoner kan förändras, liksom energin för deras interaktion, men protonens totala energi förändras inte, även om allt inuti den hela tiden förändras. Så massan av en proton förblir konstant, trots dess inre virvel.

Vid det här laget kan du stanna och ta till dig informationen som tas emot. Fantastisk! Praktiskt taget all massa som finns i vanlig materia kommer från massan av nukleoner i atomer. Och det mesta av denna massa kommer från kaoset som är inneboende i protonen och neutronen - från rörelseenergin hos kvarkar, gluoner och antikvarkar i nukleoner och från energin i arbetet med starka kärnväxelverkan som håller nukleonen i hela dess tillstånd. Ja: vår planet, våra kroppar, våra andetag är resultatet av en så tyst och, tills nyligen, ofattbar pandemonium.

NEUTRON(n) (från lat. neutrum - varken det ena eller det andra) - en elementarpartikel med noll elektrisk. laddning och massa, något större än protonens massa. Tillsammans med protonen under det allmänna namnet. Nukleonen är en del av atomkärnorna. H. har snurr 1/2 och lyder därför Fermi - Dirac statistik(är en fermion). tillhör familjen adra-nov; har baryon nummer B= 1, d.v.s. ingår i gruppen baryoner.

Den upptäcktes 1932 av J. Chadwick, som visade att den hårt penetrerande strålningen som uppstår vid bombardering av berylliumkärnor av a-partiklar består av elektriskt neutrala partiklar med en massa som är ungefär lika med en protons. 1932 lade D. D. Ivanenko och W. Heisenberg fram hypotesen att atomkärnor består av protoner och H. I motsats till laddningen. partiklar, H. lätt tränger in i kärnorna vid vilken energi som helst och med stor sannolikhet orsakar kärnreaktioner fånga (n,g), (n,a), (n, p) om energibalansen i reaktionen är positiv. Sannolikhet för exotermisk ökar med retardation H. omvänt proportionell. hans hastighet. En ökning av sannolikheten för H. infångningsreaktioner när de bromsas i vätehaltiga medier upptäcktes av E. Fermi (E. Fermi) och kollegor 1934. Förmågan hos H. att orsaka klyvning av tunga kärnor, upptäcktes av O. Gan (O. Hahn) och F. Strassmann (F. . Strassman) 1938 (se Kärnfission), tjänade som grund för skapandet av kärnvapen och. Det speciella med interaktionen av långsamma neutroner med materia, som har en de Broglie-våglängd i storleksordningen atomavstånd (resonanseffekter, diffraktion, etc.), tjänar som grund för den breda användningen av neutronstrålar i fasta tillståndets fysik. (Klassificering av H. efter energi - snabb, långsam, termisk, kall, ultrakall - se art. neutronfysik.)

I det fria tillståndet är H. instabil - den genomgår B-förfall; n p + e - + v e; dess livslängd t n = 898(14) s, gränsenergin för elektronspektrumet är 782 keV (se fig. neutron beta-sönderfall). I bundet tillstånd, som en del av stabila kärnor, är H. stabil (enligt experimentella uppskattningar överstiger dess livslängd 10 32 år). Enligt aster. Det uppskattas att 15 % av universums synliga materia representeras av H., som är en del av de 4 He-kärnorna. H. är den huvudsakliga. komponent neutronstjärnor. Fria H. i naturen bildas i kärnreaktioner orsakade av a-partiklar av radioaktivt sönderfall, kosmiska strålar och som ett resultat av spontan eller påtvingad fission av tunga kärnor. Konst. källor till H. är kärnreaktorer, kärnvapenexplosioner, acceleratorer av protoner (för jfr energi) och elektroner med mål gjorda av tunga grundämnen. Källor för monokromatiska strålar H. med en energi på 14 MeV är lågenergi. deuteronacceleratorer med ett tritium- eller litiummål, och i framtiden kan termonukleära installationer av CTS visa sig vara intensiva källor till sådan H. (Centimeter. .)

Nyckelfunktioner H.

Vikt h. t p = 939,5731(27) MeV/c2 = = 1,008664967(34) vid. enheter vikt 1.675. 10 -24 g. Skillnaden mellan massorna av H. och protonen mättes från max. noggrannhet från energisk. balansen för H.-infångningsreaktionen av en proton: n + p d + g (g-kvantenergi = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Elektrisk laddning H. F n = 0. Mest exakta direkta mätningar F n utförs av avböjning av strålar av kall eller ultrakall H. i elektrostatisk. fält: F n<= 3·10 -21 henneär elektronladdningen). Cosv. elektriska data. makroskopisk neutralitet. mängd gas ger Qn<= 2 10 -22 e.

Snurra H. J= 1/2 bestämdes från direkta experiment på stråldelning H. i ett inhomogent magnetfält. fältet i två komponenter [i det allmänna fallet är antalet komponenter (2 J + 1)].

Konsekvent beskrivning av strukturen av hadroner baserad på modern. stark interaktionsteori - kvantkromodynamik- medan möter teoretiska. svårigheter dock för många arbetsuppgifterna är ganska tillfredsställande. resultaten ger en beskrivning av interaktionen mellan nukleoner, representerade som elementära objekt, genom utbyte av mesoner. Experimentera. utforskning av utrymmen. struktur H. utförs med hjälp av spridning av högenergileptoner (elektroner, myoner, neutriner, betraktade i modern teori som punktpartiklar) på deuteroner. Bidraget av spridning på en proton mäts i djup. experiment och kan subtraheras med hjälp av def. Beräkna. förfaranden.

Elastisk och kvasi-elastisk (med splittring av deuteronet) spridning av elektroner på deuteronet gör det möjligt att hitta fördelningen av den elektriska densiteten. laddning och magnet. ögonblick H. ( formfaktor H.). Enligt experimentet, fördelningen av den magnetiska densiteten. moment H. med en noggrannhet af storleksordningen flera. procent sammanfaller med fördelningen av elektrisk densitet. protonladdning och har en RMS-radie på ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. formfaktor H. är ganska väl beskriven av den s.k. dipol f-loy G M n = m n (1 + q 2/0,71) -2, där q 2 är kvadraten på det överförda momentumet i enheter (GeV/c) 2 .

Mer komplicerad är frågan om storleken på det elektriska. (laddning) formfaktor H. G E n. Från experiment på spridning av deuteron kan man dra slutsatsen att G E n ( q 2 ) <= 0,1 i kvadratintervallet för de överförda impulserna (0-1) (GeV/c) 2 . På q 2 0 på grund av noll elektrisk. ladda H. G E n- > 0, men experimentellt är det möjligt att bestämma dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0. Detta värde är max. exakt hittat från mätningar spridningslängd H. på tunga atomers elektronskal. Main en del av denna interaktion bestäms av det magnetiska. ögonblick H. Max. exakta experiment ger ne-spridningslängden a ne = -1,378(18). 10 -16 cm, vilket skiljer sig från det beräknade, bestämt av magn. ögonblick H.: a ne \u003d -1,468. 10 -16 cm. Skillnaden mellan dessa värden ger rotmedelkvadraten elektrisk. radie H.<r 2 E n >= = 0,088(12) Fili dG E n ( q 2)/dq 2 | q 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F 2. Dessa siffror kan inte betraktas som slutgiltiga på grund av den stora spridningen av datadekomp. experiment som överstiger de givna felen.

En egenskap hos interaktionen mellan H. och de flesta kärnor är positiv. spridningslängd, vilket leder till koefficienten. refraktion< 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. neutronoptik).

H. och svag (elektrosvag) interaktion. En viktig informationskälla om den elektrosvaga interaktionen är b-sönderfallet av fritt H. På kvarknivå motsvarar denna process övergången. Den omvända processen för interaktionen av en elektron med en proton, kallad. omvänt b-förfall. Denna klass av processer inkluderar elektronisk fångst, äger rum i kärnor, re - n v e.

Förfallet av fria H., med hänsyn till kinematik. parametrar beskrivs av två konstanter - vektor G V, vilket beror på vektorströmskonservering universell svag interaktionskonstant och axiell vektor G A, vars värde bestäms av dynamiken hos de starkt interagerande komponenterna i nukleonen - kvarkar och gluoner. Vågfunktioner för den initiala H. och den slutliga protonen och övergångsmatriselementet n p på grund av isotopen. invarianser beräknas ganska exakt. Som ett resultat, beräkningen av konstanterna G V och G A från sönderfallet av fritt H. (i motsats till beräkningar från b-sönderfallet av kärnor) är inte relaterat till redovisning av nukleära strukturella faktorer.

Livslängden för H. utan att ta hänsyn till några korrigeringar är: t n = k(G 2 V+ 3G 2 A) -1 , där k inkluderar kinematisk. faktorer och Coulomb-korrigeringarna beroende på gränsenergin för b-förfall och strålningskorrigeringar.

Sannolikhet för sönderfall av polarisatorer. H. med snurr S , energier och momenta av elektronen och antineutrino och R e, beskrivs generellt med uttrycket:

Coef. korrelationer a, A, B, D kan representeras som en funktion av parametern a = (G A/G V,)exp( i f). Fasen f är icke-noll eller p if T- invariansen är bruten. I tabell. experiment ges. värden för dessa koefficienter. och de resulterande värdena a och f.

Det finns en märkbar skillnad mellan uppgifterna experiment för t n , som når flera. procent.

Beskrivningen av den elektrosvaga interaktionen som involverar H. vid högre energier är mycket svårare på grund av behovet av att ta hänsyn till nukleonernas struktur. Till exempel, m - fånga, m - p n v m beskrivs av minst två gånger antalet konstanter. H. upplever också elektrosvag interaktion med andra hadroner utan deltagande av leptoner. Dessa processer inkluderar följande.

1) Sönderfall av hyperoner L np 0 , S + np + , S - np - etc. Den minskade sannolikheten för dessa sönderfall i flera gånger mindre än för icke-konstiga partiklar, vilket beskrivs genom att introducera Cabibbo-vinkeln (se fig. cabibbo hörn).

2) Svag interaktion n - n eller n - p, som visar sig som kärnkrafter som inte bevarar utrymmen. paritet.Den vanliga storleken på effekterna som orsakas av dem är i storleksordningen 10 -6 -10 -7 .

H.s växelverkan med medelstora och tunga kärnor har ett antal egenskaper, som i vissa fall leder till en betydande förstärker effekterna paritets icke-konservering i kärnor. En av dessa effekter är relaterad. skillnaden mellan absorptionstvärsnittet av H. c i utbredningsriktningen och mot den, som i fallet med 139 La kärnan är 7% vid \u003d 1,33 eV, motsvarar R-våg neutronresonans. Anledningen till förstärkningen är en kombination av låg energi. bredden på tillstånden för den sammansatta kärnan och den höga tätheten av nivåer med motsatt paritet i denna sammansatta kärna, vilket ger 2–3 storleksordningar större blandning av komponenter med annan paritet än i kärnornas lågt liggande tillstånd. Som ett resultat, ett antal effekter: asymmetrin i emissionen av g-kvanta med avseende på spinn av de fångade polarisatorerna. H. i reaktionen (n, g), laddningsemissionsasymmetri. partiklar under sönderfallet av sammansatta tillstånd i reaktionen (n, p) eller asymmetrin i emissionen av ett lätt (eller tungt) klyvningsfragment i reaktionen (n, p) f). Asymmetrier har ett värde på 10 -4 -10 -3 vid termisk energi H. In R-vågsneutronresonanser realiseras dessutom. förbättring associerad med undertryckandet av sannolikheten för bildandet av en paritetsbevarande komponent i detta sammansatta tillstånd (på grund av den lilla neutronbredden R-resonans) med avseende på föroreningskomponenten med motsatt paritet, vilket är s-resonans-havskatt. Det är en kombination av flera Amplifieringsfaktorn tillåter en extremt svag effekt att manifestera sig med ett värde som är karakteristiskt för den nukleära interaktionen.

Interaktioner som bryter mot Baryonnummer. Teoretisk modeller stor enande och superunioner förutsäga baryonernas instabilitet - deras förfall till leptoner och mesoner. Dessa sönderfall kan endast märkas för de lättaste baryonerna - p och n, som är en del av atomkärnor. För en interaktion med en förändring av baryonnumret med 1, D B= 1, skulle man förvänta sig en transformation H. typ: n e + p - , eller en transformation med emission av konstiga mesoner. Sökandet efter sådana processer utfördes i experiment med underjordiska detektorer med en massa på flera. tusen ton. Baserat på dessa experiment kan man dra slutsatsen att sönderfallstiden för H. med kränkning av baryontalet är mer än 10 32 år.

Dr. möjlig typ av interaktion med D PÅ= 2 kan leda till fenomenet interkonvertering H. och antineutroner i ett vakuum, dvs till svängning . I avsaknad av yttre fält eller med deras låga värde är tillstånden för H. och antineutronen degenererade, eftersom deras massor är desamma, därför kan även supersvag interaktion blanda dem. Kriteriet för litenheten av ext. fält är litenheten av magnetens interaktionsenergi. stund H. med magn. fält (n och n ~ har magnetiska moment motsatt i tecken) jämfört med energin som bestäms av tiden T iakttagelser H. (enligt osäkerhetsförhållandet), D<=hT-ett . När man observerar produktionen av antineutroner i H. strålen från en reaktor eller annan källa Tär tiden för flygning H. till detektorn. Antalet antineutroner i strålen ökar kvadratiskt med flygtiden: /N n ~ ~ (T/t osc) 2 , där t osc - oscillationstid.

Direkta experiment för att observera produktionen av och i kalla H.-strålar från en högflödesreaktor ger en gräns t osc > 10 7 s. I de kommande experimenten kan vi förvänta oss en ökning av känsligheten till en nivå av t osc ~ 10 9 s. Begränsande omständigheter är max. intensitet av strålar H. och imitation av fenomenen av antineutroner i detektorn kosmich. strålar.

Dr. metoden för att observera svängningar är observationen av förintelsen av antineutroner, som kan bildas i stabila kärnor. I detta fall, på grund av den stora skillnaden i interaktionsenergierna för den framträdande antineutronen i kärnan från bindningsenergin H. eff. observationstiden blir ~ 10 -22 s, men det stora antalet observerade kärnor (~10 32) kompenserar delvis för minskningen i känslighet i jämförelse med H-stråleexperimentet, viss osäkerhet, beroende på okunnighet om den exakta typen av interaktion mellan antineutronen inuti kärnan, att t osc > (1-3) . 10 7 sid. Varelser. att öka gränsen för t osc i dessa experiment hindras av bakgrunden som orsakas av rymdens interaktion. neutriner med kärnor i underjordiska detektorer.

Det bör noteras att sökandet efter nukleonförfall med D B= 1 och sökningen efter -oscillationer är oberoende experiment, eftersom de orsakas av fundamentalt olika. typer av interaktioner.

Gravitationsinteraktion H. Neutronen är en av få elementarpartiklar som faller in i gravitationsfältet. Jordens fält kan observeras experimentellt. Direkt mätning för H. utförs med en noggrannhet på 0,3 % och skiljer sig inte från makroskopisk. Frågan om efterlevnad kvarstår likvärdighetsprincipen(likheter av tröghets- och gravitationsmassor) för H. och protoner.

De mest exakta experimenten utfördes med Et-vesh-metoden för kroppar med olika jfr. relationsvärden A/Z, var MEN- kl. rum, Z- laddning av kärnor (i enheter av elementär laddning e). Från dessa experiment följer samma acceleration av fritt fall för H. och protoner på nivån 2·10 -9 och gravitationslikheten. och tröghetsmassa vid nivån ~10 -12 .

Allvar acceleration och retardation används i stor utsträckning i experiment med ultrakall H. Användningen av gravitation refraktometer för kall och ultrakall H. låter dig mäta längden av koherent spridning H. på ett ämne med stor noggrannhet.

H. i kosmologi och astrofysik

Enligt modern representationer, i modellen av det heta universum (se. het universum teori) bildandet av baryoner, inklusive protoner och H., sker under de första minuterna av universums liv. I framtiden fångas en viss del av H., som inte hann förfalla, av protoner med bildandet av 4 He. Förhållandet mellan väte och 4He är i detta fall 70 till 30 viktprocent. Under bildandet av stjärnor och deras utveckling, vidare nukleosyntes upp till järnkärnor. Bildandet av tyngre kärnor sker som ett resultat av supernovaexplosioner med födelsen av neutronstjärnor, vilket skapar möjligheten till succession. H. fångst av nuklider. Samtidigt är kombinationen av den sk. s-process - långsam infångning av H. med b-förfall mellan successiva infångningar och r-process - snabb uppföljning. fånga under explosioner av stjärnor i huvudsak. kan förklara det observerade överflöd av element i rymden föremål.

I den primära komponenten av det kosmiska H. strålar är troligen frånvarande på grund av sin instabilitet. H., bildad nära jordens yta och diffunderar ut i rymden. rymden och förfall där, uppenbarligen, bidrar till bildandet av elektroniska komponenter och protonkomponenter strålningsbälten Jorden.

Belyst.: Gurevich I. S., Tarasov L. V., Physics of low energy neutrons, M., 1965; Alexandrov Yu. A.,. Neutronens grundläggande egenskaper, 2:a upplagan, M., 1982.

Låt oss prata om hur man hittar protoner, neutroner och elektroner. Det finns tre typer av elementarpartiklar i en atom, och var och en har sin egen elementära laddning, massa.

Strukturen av kärnan

För att förstå hur man hittar protoner, neutroner och elektroner, föreställ dig att det är huvuddelen av atomen. Inuti kärnan finns protoner och neutroner som kallas nukleoner. Inuti kärnan kan dessa partiklar passera in i varandra.

Till exempel, för att hitta protoner, neutroner och elektroner i det är det nödvändigt att känna till dess serienummer. Om vi tar hänsyn till att det är detta element som leder det periodiska systemet, så innehåller dess kärna en proton.

Diametern på en atomkärna är en tiotusendel av en atoms totala storlek. Den innehåller huvuddelen av hela atomen. Massan av kärnan är tusentals gånger större än summan av alla elektroner som finns i atomen.

Partikelkarakterisering

Fundera på hur man hittar protoner, neutroner och elektroner i en atom och lär dig om deras egenskaper. Protonen är den som motsvarar kärnan i väteatomen. Dess massa överstiger elektronen med 1836 gånger. För att bestämma enheten för elektricitet som passerar genom en ledare med ett givet tvärsnitt, använd en elektrisk laddning.

Varje atom har ett visst antal protoner i sin kärna. Det är ett konstant värde som kännetecknar de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos ett givet grundämne.

Hur hittar man protoner, neutroner och elektroner i en kolatom? Atomnumret för detta kemiska element är 6, därför innehåller kärnan sex protoner. Enligt planetsystemet rör sig sex elektroner i banor runt kärnan. För att bestämma antalet neutroner från värdet på kol (12) subtrahera antalet protoner (6), får vi sex neutroner.

För en järnatom motsvarar antalet protoner 26, det vill säga detta element har det 26:e serienumret i det periodiska systemet.

Neutronen är en elektriskt neutral partikel, instabil i fritt tillstånd. En neutron kan spontant omvandlas till en positivt laddad proton, samtidigt som den avger en antineutrino och en elektron. Dess genomsnittliga halveringstid är 12 minuter. Massantalet är summan av antalet protoner och neutroner inuti en atoms kärna. Låt oss försöka lista ut hur man hittar protoner, neutroner och elektroner i en jon? Om en atom får ett positivt oxidationstillstånd under en kemisk interaktion med ett annat grundämne, ändras inte antalet protoner och neutroner i den, bara elektroner blir mindre.

Slutsats

Det fanns flera teorier om atomens struktur, men ingen av dem var gångbar. Före versionen skapad av Rutherford fanns det ingen detaljerad förklaring av platsen för protoner och neutroner inuti kärnan, såväl som rotationen av elektroner i cirkulära banor. Efter tillkomsten av teorin om atomens planetariska struktur hade forskarna möjlighet att inte bara bestämma antalet elementära partiklar i en atom, utan också att förutsäga de fysiska och kemiska egenskaperna hos ett visst kemiskt element.

Hela den materiella världen är enligt modern fysik uppbyggd av tre elementarpartiklar: proton, neutron och elektron. Dessutom, enligt vetenskapen, finns det andra "elementära" partiklar av materia i universum, vars vissa namn är klart mer än normen. Samtidigt är funktionen av dessa andra "elementarpartiklar" i universums existens och utveckling inte klar.

Överväg en annan tolkning av elementarpartiklar:

Det finns bara en elementarpartikel av materia - protonen. Alla andra "elementarpartiklar", inklusive neutronen och elektronen, är bara derivat av protonen, och de spelar en mycket blygsam roll i universums utveckling. Låt oss överväga hur sådana "elementarpartiklar" bildas.

Vi undersökte i detalj strukturen för en elementär partikel av materia i artikeln "". Kort om elementarpartikeln:

En elementarpartikel av materia har formen av en långsträckt tråd i rymden.
En elementarpartikel är kapabel att sträcka sig. I processen att sträcka sig sjunker densiteten av materia inuti en elementarpartikel.
Sektionen av en elementarpartikel, där materiens densitet sjunker med hälften, kallade vi materia kvantum .
I rörelseprocessen absorberar elementarpartikeln kontinuerligt (veckar, ) energi.
Energiabsorptionspunkt( förintelsepunkt ) är i spetsen av rörelsevektorn för en elementarpartikel.
Mer exakt: på toppen av det aktiva kvantumet av materia.
Genom att absorbera energi ökar elementarpartikeln kontinuerligt hastigheten på sin framåtrörelse.
Materiens elementarpartikel är en dipol. I vilken attraktionskrafterna är koncentrerade i den främre delen (i rörelseriktningen) av partikeln, och de frånstötande krafterna är koncentrerade i den bakre delen.

Egenskapen att vara elementär i rymden innebär teoretiskt möjligheten att reducera materiens densitet till noll. Och detta betyder i sin tur möjligheten av dess mekaniska brott: platsen för bristning av en elementarpartikel av materia kan representeras som dess sektion med noll densitet av materia.

I förintelseprocessen (absorption av energi) ökar en elementarpartikel, vikningsenergi, kontinuerligt hastigheten på sin translationsrörelse i rymden.

Utvecklingen av galaxen leder i slutändan materiens elementarpartiklar till det ögonblick då de blir kapabla att utöva en rivande effekt på varandra. Elementarpartiklar kanske inte möts på parallella kurser, när en partikel närmar sig en annan långsamt och smidigt, som ett fartyg till en pir. De kan mötas i rymden och på motsatta banor. Då är en hård kollision och, som ett resultat, ett brott av en elementarpartikel nästan oundviklig. De kan hamna under en mycket kraftfull våg av störningar av energi, vilket också leder till en bristning.

Vad kan vara "skräpet" som bildas som ett resultat av bristningen av en elementär materia partikel?

Låt oss överväga fallet när, som ett resultat av yttre påverkan, från elementära partiklar av materia - en deuteriumatom - sönderföll till en proton och en neutron.

Brutet av parstrukturen inträffar inte på platsen för deras anslutning -. En av de två elementarpartiklarna i parstrukturen går sönder.

Proton och neutron skiljer sig från varandra i sin struktur.

En proton är en något förkortad (efter en paus) elementarpartikel,
neutron - en struktur som består av en fullvärdig elementarpartikel och en "stubbe" - den främre, lätta spetsen på den första partikeln.

En fullvärdig elementarpartikel har en komplett uppsättning - "N" materiakvanta i sin sammansättning. Protonen har "N-n" materia kvanta. Neutronen har "N + n" kvanta.

Protonens beteende är tydligt. Även efter att ha förlorat materiens slutliga kvantum fortsätter han aktivt energi: materiens täthet i hans nya slutliga kvant motsvarar alltid förintelsevillkoren. Detta nya slutliga kvantum av materia blir en ny punkt av förintelse. I allmänhet beter sig protonen som förväntat. Protonernas egenskaper är väl beskrivna i alla fysikböcker. Bara den kommer att bli lite lättare än sin "fullfjädrade" motsvarighet - en fullfjädrad elementarpartikel av materia.

Neutronen beter sig annorlunda. Betrakta först neutronens struktur. Det är dess struktur som förklarar dess "konstighet".

I huvudsak består neutronen av två delar. Den första delen är en fullfjädrad elementarpartikel av materia med en förintelsepunkt vid dess främre ände. Den andra delen är en kraftigt förkortad, lätt "stubb" av den första elementarpartikeln, kvar efter brottet av den dubbla strukturen, och som också har en förintelsepunkt. Dessa två delar är sammankopplade av förintelsepunkter. Således har neutronen en dubbel annihilationspunkt.

Tänkets logik antyder att dessa två viktade delar av neuronen kommer att bete sig annorlunda. Om den första delen, som är en fullviktselementarpartikel, som förväntat kommer att förinta fri energi och gradvis accelerera i universums rymd, så kommer den andra lättviktsdelen att börja förinta fri energi i en högre takt.

Rörelsen av en elementär materia partikel i rymden utförs på grund av: den spridande energin drar en partikel som har fallit in i dess flöden. Det är tydligt att ju mindre massiv materia partikel, desto lättare är det för energiflöden att dra med sig denna partikel, desto högre hastighet har denna partikel. Det är tydligt att ju större mängd energi som samtidigt viker ett aktivt kvantum, desto kraftfullare de spridande energiflödena är, desto lättare är det för dessa flöden att dra en partikel med sig. Vi får beroendet: Hastigheten för translationsrörelsen för en materiepartikel i rymden är proportionell mot materiens massa i dess aktiva kvantum och är omvänt proportionell mot materiens totala massa :

Den andra lättviktsdelen av neutronen har en massa som är många gånger mindre än massan av en fullvikts elementarpartikel av materia. Men massorna av deras aktiva kvanta är lika. Det vill säga: de förstör energi i samma takt. Vi får: hastigheten på translationsrörelsen för den andra delen av neutronen kommer att tendera att öka snabbt, och den kommer att börja förstöra energin snabbare. (För att inte skapa förvirring kommer vi att kalla den andra, lätta, delen av neutronen för en elektron).

ritning av en neutron

En kraftigt ökande mängd energi som samtidigt förintas av en elektron, medan den är i en neutrons sammansättning, leder till neutronens tröghet. Elektronen börjar förstöra mer energi än sin "granne" - en fullvärdig elementarpartikel. Den kan ännu inte bryta sig loss från den vanliga neutronförintelsepunkten: kraftfulla attraktionskrafter stör. Som ett resultat börjar elektronen "äta" bakom den gemensamma förintelsepunkten.

Samtidigt börjar elektronen att skifta i förhållande till sin partner och dess fria energikoncentration faller in i verkningszonen för förintelsepunkten för sin granne. Som direkt börjar "äta" denna förtjockning. En sådan byte av en elektron och en fullfjädrad partikel till "inre" resurser - kondenseringen av fri energi bakom förintelsepunkten - leder till ett snabbt fall i neutronens attraktions- och repulsionskrafter.

Frigörandet av elektronen från neutronens allmänna struktur inträffar i det ögonblick då förskjutningen av elektronen i förhållande till en fullvikts elementarpartikel blir tillräckligt stor, kraften som tenderar att bryta attraktionsbindningarna för två förintelsepunkter börjar överskrida attraktionskraften för dessa förintelsepunkter, och den andra, lätta delen av neutronen (elektronen) flyger snabbt iväg.

Som ett resultat sönderfaller neutronen till två enheter: en fullfjädrad elementarpartikel - en proton och en lätt, förkortad del av en elementarpartikel av materia - en elektron.

Enligt moderna data existerar strukturen av en enda neutron i cirka femton minuter. Den sönderfaller sedan spontant till en proton och en elektron. Dessa femton minuter är tidpunkten för elektronens förskjutning i förhållande till neutronens gemensamma punkt för förintelse och dess kamp för dess "frihet".

Låt oss summera några resultat:

PROTON är en fullfjädrad elementär materia partikel, med en punkt av förintelse, eller en tung del av en elementar partikel av materia, som finns kvar efter att lätta kvanta separeras från den.
NEUTRON är en dubbel struktur, som har två förintelsepunkter, och består av en elementär materia partikel och en lätt, främre del av en annan elementär partikel av materia.
ELEKTRON - den främre delen av materiens elementarpartikel, som har en förintelsepunkt, bestående av ljuskvanta, bildad som ett resultat av bristningen av elementarpartikeln av materia.
"Proton-neutron"-strukturen som erkänns av vetenskapen är DEUTERIUM ATOM, en struktur av två elementarpartiklar som har en dubbel förintelsepunkt.

En elektron är inte en oberoende elementarpartikel som kretsar kring en atoms kärna.

Elektronen, som vetenskapen anser det, finns inte i atomens sammansättning.

Och kärnan i en atom, som sådan, existerar inte i naturen, precis som det inte finns någon neutron i form av en oberoende elementarpartikel av materia.

Både elektronen och neutronen är derivat av en parstruktur av två elementarpartiklar, efter att den bryts i två olika delar som ett resultat av yttre påverkan. I sammansättningen av en atom av något kemiskt element är en proton och en neutron en standardparstruktur - två fullviktiga elementarpartiklar av materia - två protoner förenade av förintelsepunkter.

I modern fysik finns det en orubblig position att protonen och elektronen har lika men motsatta elektriska laddningar. Påstås, som ett resultat av interaktionen mellan dessa motsatta laddningar, attraheras de till varandra. Ganska logisk förklaring. Det återspeglar korrekt mekanismen för fenomenet, men det är helt fel - dess väsen.

Elementarpartiklar har varken positiva eller negativa "elektriska" laddningar, precis som det inte finns någon speciell form av materia i form av ett "elektriskt fält". Sådan "elektricitet" är en uppfinning av människan, orsakad av hennes oförmåga att förklara det existerande tillståndet.

Den "elektriska" och elektronen till varandra skapas faktiskt av energiflöden riktade till deras förintelsepunkter, som ett resultat av deras framåtrörelse i universums rymd. När de faller in i verkningszonen för varandras attraktionskrafter. Det ser verkligen ut som en interaktion av lika stor storlek men motsatta elektriska laddningar.

"liknande elektriska laddningar", till exempel: två protoner eller två elektroner har också en annan förklaring. Repulsion uppstår när en av partiklarna går in i verkningszonen för en annan partikels repulsiva krafter - det vill säga zonen för energikondensering bakom dess förintelsepunkt. Vi behandlade detta i en tidigare artikel.

Interaktionen "proton - antiproton", "elektron - positron" har också en annan förklaring. Genom en sådan växelverkan förstår vi växelverkan mellan protoners eller elektroners anda när de rör sig på en kollisionskurs. I det här fallet, på grund av deras interaktion endast genom attraktion (det finns ingen avstötning, eftersom avstötningszonen för var och en av dem är bakom dem), uppstår deras hårda kontakt. Som ett resultat får vi i stället för två protoner (elektroner) helt olika "elementarpartiklar", som faktiskt är derivator av den stela interaktionen mellan dessa två protoner (elektroner).

Ämnes atomära struktur. Atommodell

Tänk på atomens struktur.

Neutron och elektron - som elementära partiklar av materia - existerar inte. Detta är vad vi har diskuterat ovan. Följaktligen: det finns ingen kärna av en atom och dess elektronskal. Detta fel är ett kraftfullt hinder för ytterligare forskning om materiens struktur.

Materiens enda elementarpartikel är bara protonen. En atom av vilket kemiskt element som helst består av parade strukturer av två elementära partiklar av materia (med undantag för isotoper, där fler elementarpartiklar läggs till den parade strukturen).

För vårt vidare resonemang är det nödvändigt att överväga begreppet en gemensam förintelsepunkt.

Elementära partiklar av materia interagerar med varandra genom förintelsepunkter. Denna interaktion leder till bildandet av materiella strukturer: atomer, molekyler, fysiska kroppar... som har en gemensam atomförintelsepunkt, en gemensam molekylförintelsepunkt...

ALLMÄN FÖRNIVNINGSPUNKT - är föreningen av två enstaka förintelsepunkter för elementarpartiklar av materia till en gemensam förintelsepunkt för en parstruktur, eller gemensamma förintelsepunkter för parstrukturer till en gemensam förintelsepunkt för en atom av ett kemiskt element, eller gemensam förintelsepunkt punkter av atomer av kemiska element - till en gemensam förintelsepunkt för en molekyl.

Huvudsaken här är att föreningen av materiepartiklar fungerar som attraktion och avstötning som ett enda integrerat objekt. I slutändan kan till och med vilken fysisk kropp som helst representeras som en gemensam punkt för förintelse av denna fysiska kropp: denna kropp attraherar andra fysiska kroppar till sig själv som ett enda, integrerat fysiskt objekt, som en enda punkt av förintelse. I det här fallet får vi gravitationsfenomen – attraktion mellan fysiska kroppar.

I fasen av galaxens utvecklingscykel, när attraktionskrafterna blir tillräckligt stora, börjar föreningen av deuteriumatomer till strukturerna hos andra atomer. De kemiska grundämnenas atomer bildas sekventiellt, när hastigheten på translationsrörelsen för elementarpartiklar av materia ökar (läs: hastigheten för galaxens translationella rörelse i universums rymd ökar) genom att fästa nya parstrukturer av elementarpartiklar av materia till deuteriumatomen.

Enandet sker sekventiellt: i varje ny atom uppträder en ny parstruktur av elementarpartiklar av materia (mindre ofta, en enda elementarpartikel). Vad ger oss kombinationen av deuteriumatomer till strukturen av andra atomer:

En vanlig punkt för förintelse av atomen dyker upp. Detta betyder att vår atom kommer att interagera genom attraktion och repulsion med alla andra atomer och elementarpartiklar som en enda integrerad struktur.
Atomens utrymme uppträder, inom vilket tätheten av fri energi många gånger kommer att överstiga densiteten av fri energi utanför dess utrymme. En mycket hög energitäthet bakom en enda förintelsepunkt inne i en atoms utrymme kommer helt enkelt inte att hinna sjunka kraftigt: avstånden mellan elementarpartiklar är för små. Den genomsnittliga fria energitätheten i det intraatomära utrymmet är många gånger större än värdet av den fria energidensitetskonstanten för universums rymd.

I konstruktionen av atomer av kemiska element, molekyler av kemiska ämnen, fysikaliska kroppar, manifesteras den viktigaste lagen för interaktion mellan materialpartiklar och kroppar:

Styrkan hos intranukleära, kemiska, elektriska, gravitationsbindningar beror på avstånden mellan förintelsepunkter inuti en atom, mellan vanliga förintelsepunkter för atomer inuti molekyler, mellan vanliga förintelsepunkter för molekyler inuti fysiska kroppar, mellan fysiska kroppar. Ju mindre avståndet är mellan gemensamma förintelsepunkter, desto starkare attraktionskrafter verkar mellan dem.

Det är tydligt att:

Med intranukleära bindningar menar vi interaktioner mellan elementarpartiklar och mellan parstrukturer inom atomer.
Med kemiska bindningar menar vi interaktioner mellan atomer i molekylernas struktur.
Genom elektriska anslutningar förstår vi interaktionerna mellan molekyler i sammansättningen av fysiska kroppar, vätskor, gaser.
Med gravitationsbindningar menar vi interaktioner mellan fysiska kroppar.

Bildandet av det andra kemiska elementet - heliumatomen - sker när galaxen accelererar i rymden till en tillräckligt hög hastighet. När attraktionskraften hos två deuteriumatomer når ett stort värde närmar de sig på ett avstånd som gör att de kan kombineras till en heliumatomens fyrdubbla struktur.

En ytterligare ökning av hastigheten för den progressiva rörelsen av galaxen leder till bildandet av atomer av de efterföljande (enligt det periodiska systemet) kemiska grundämnen. Samtidigt: uppkomsten av atomer för varje kemiskt element motsvarar dess egen, strikt definierade hastighet för den progressiva rörelsen av galaxen i universums rymd. Låt oss ringa henne standardhastigheten för bildning av en atom av ett kemiskt element .

Heliumatomen är den andra atomen efter väte som bildas i galaxen. Sedan, när hastigheten på galaxens framåtrörelse ökar, bryter nästa atom av deuterium igenom till heliumatomen. Detta betyder att hastigheten för galaxens framåtrörelse har nått standardhastigheten för bildandet av en litiumatom. Då kommer det att nå standardhastigheten för bildning av en atom av beryllium, kol ..., och så vidare, enligt det periodiska systemet.

atommodell

I diagrammet ovan kan vi se att:

Varje period i atomen är en ring av parade strukturer.
Atomens centrum upptas alltid av heliumatomens fyrdubbla struktur.
Alla parade strukturer från samma period är belägna strikt i samma plan.
Avstånden mellan perioder är mycket större än avstånden mellan parstrukturer inom en period.

Naturligtvis är detta ett mycket förenklat schema, och det återspeglar inte alla realiteter i konstruktionen av atomer. Till exempel: varje ny parstruktur, som förenar en atom, förskjuter resten av parstrukturerna från den period som den är fäst vid.

Vi får principen att konstruera en period i form av en ring runt atomens geometriska centrum:

periodstrukturen är byggd i ett plan. Detta underlättas av den allmänna vektorn för translationell rörelse för alla elementarpartiklar i galaxen.
parstrukturer av samma period är byggda runt atomens geometriska centrum på lika avstånd.
atomen kring vilken en ny period är uppbyggd beter sig mot denna nya period som ett enda integrerat system.

Så vi får den viktigaste regelbundenhet i konstruktionen av atomer av kemiska element:

REGELMATNING FÖR ETT STRIKT BESTÄMMT ANTAL PARSTRUKTURER: samtidigt, på ett visst avstånd från det geometriska centrumet för en atoms gemensamma punkt för förintelse, kan endast ett visst antal parstrukturer av elementära partiklar av materia lokaliseras.

Det vill säga: i den andra, tredje perioden av det periodiska systemet - åtta element vardera, i den fjärde, femte - arton, i den sjätte, sjunde - trettiotvå. Atomens ökande diameter gör att antalet parade strukturer kan öka under varje efterföljande period.

Det är tydligt att detta mönster bestämmer principen om periodicitet i konstruktionen av atomer av kemiska element, upptäckt av D.I. Mendelejev.

Varje period inuti atomen av ett kemiskt element beter sig i förhållande till det som ett enda integrerat system. Detta bestäms av hopp i avstånden mellan perioder: mycket större än avstånden mellan parstrukturer inom en period.

En atom med en ofullständig period uppvisar kemisk aktivitet i enlighet med ovanstående regelbundenhet. Eftersom det finns en obalans mellan attraktionskrafterna och repulsionen av atomen till förmån för attraktionskrafterna. Men med tillägget av den sista parstrukturen försvinner obalansen, den nya perioden tar formen av en regelbunden cirkel - det blir ett enda, integrerat, komplett system. Och vi får en atom av en inert gas.

Det viktigaste mönstret för att konstruera en atoms struktur är: atom har en plan-kaskadstrukturera . Något som en ljuskrona.

parstrukturer av samma period bör vara belägna i samma plan vinkelrätt mot vektorn för atomens translationella rörelse.
samtidigt måste perioderna i atomen kaskaderas.

Detta förklarar varför i den andra och tredje perioden (liksom i fjärde - femte, sjätte - sjunde) samma antal parade strukturer (se figuren nedan). En sådan struktur av en atom är en konsekvens av fördelningen av attraktionskrafter och repulsion av en elementarpartikel: attraktionskrafter verkar i den främre (i rörelseriktningen) halvklotet av partikeln, frånstötande krafter - i den bakre halvklotet.

Annars faller fri energikoncentrationer bakom förintelsepunkterna för vissa parstrukturer in i attraktionszonen för förintelsepunkterna för andra parstrukturer, och atomen kommer oundvikligen att falla isär.

Nedan ser vi en schematisk volymetrisk bild av argonatomen

argon atom modell

I figuren nedan kan vi se en "sektion", en "sidovy" av två perioder av en atom - den andra och tredje:

Det är exakt så de parade strukturerna ska vara orienterade, i förhållande till atomens centrum, i perioder med lika många parade strukturer (den andra - den tredje, den fjärde - den femte, den sjätte - den sjunde).

Mängden energi i kondensationen bakom förintelsepunkten för en elementarpartikel växer kontinuerligt. Detta blir tydligt av formeln:

E^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

var:

E 1 är mängden fri energi som rullas upp (absorberas) av annihilationspunkten från den främre rörelsehalvan.

E2 är mängden fri energi för den vikta (absorberade) förintelsepunkten från den bakre rörelsehalvan.

ΔЕ är skillnaden mellan mängden fri energi som rullas upp (absorberas) från den främre och bakre halvklotet av en elementarpartikels rörelse.

W är rörelsehastigheten för en elementarpartikel.

Här ser vi en kontinuerlig ökning av massan av energikondensation bakom förintelsepunkten för en rörlig partikel, när hastigheten på dess framåtrörelse ökar.

I atomens struktur kommer detta att visa sig i det faktum att energitätheten bakom strukturen för varje efterföljande atom kommer att växa exponentiellt. Förintelsepunkter håller varandra med sin attraktionskraft med ett "järngrepp". Samtidigt kommer den växande frånstötande kraften i allt högre grad att avleda atomens parstrukturer från varandra. Så vi får en platt - kaskadkonstruktion av en atom.

Atomen, till formen, ska likna formen av en skål, där "botten" är strukturen av heliumatomen. Och skålens "kanter" är den sista perioden. Platser för "böjningar av skålen": den andra - den tredje, den fjärde - den femte, den sjätte - den sjunde perioden. Dessa "böjar" tillåter bildandet av olika perioder med lika många parade strukturer.

heliumatommodell

Det är atomens platta kaskadstruktur och ringarrangemanget av parstrukturer i den som bestämmer periodiciteten och konstruktionsraden för det periodiska systemet av kemiska element i Mendeleev, periodiciteten för manifestationen av liknande kemiska egenskaper hos atomer i en rad i det periodiska systemet.

Plan - kaskadstruktur av atomen ger utseendet av ett enda utrymme av atomen med en hög densitet av fri energi.

Alla parstrukturer av en atom är orienterade i riktning mot atomens centrum (eller snarare: i riktning mot en punkt som ligger på atomens geometriska axel, i riktningen för atomens rörelse).
Alla individuella förintelsepunkter är belägna längs ringarna av perioder inuti atomen.
Alla individuella fri energikluster är belägna bakom sina förintelsepunkter.

Resultatet: en enda fri energikoncentration med hög densitet, vars gränser är atomens gränser. Dessa gränser, som vi förstår, är gränserna för verkan av krafter kända inom vetenskapen som Yukawa-krafterna.

Atomens plankaskadstruktur ger en omfördelning av zonerna av attraktions- och repulsionskrafter på ett visst sätt. Vi observerar redan omfördelningen av zoner av attraktions- och avstötningskrafter i den parade strukturen:

Verkningszonen för parstrukturens frånstötande krafter ökar på grund av verkningszonen för krafterna för dess attraktion (jämfört med enstaka elementarpartiklar). Attraktionskrafternas verkningszon minskar i enlighet därmed. (Attraktionskraftens verkningszon minskar, men inte själva kraften). Atomens platta kaskadstruktur ger oss en ännu större ökning av verkningszonen för atomens repulsiva krafter.

Med varje ny period tenderar de frånstötande krafternas verkningszon att bilda en hel boll.
Attraktionskrafternas verkningszon kommer att vara en ständigt minskande kon i diameter

Vid konstruktionen av en ny period av atomen kan ytterligare en regelbundenhet spåras: alla parstrukturer av en period är belägna strikt symmetriskt i förhållande till atomens geometriska centrum, oavsett antalet parstrukturer i perioden.

Varje ny parstruktur, sammanfogning, ändrar platsen för alla andra parstrukturer i perioden så att avstånden mellan dem i perioden alltid är lika med varandra. Dessa avstånd minskar med tillägg av nästa parstruktur. Den ofullständiga yttre perioden för en atom av ett kemiskt element gör den kemiskt aktiv.

Avstånden mellan perioder, som är mycket större än avstånden mellan parade partiklar inom en period, gör perioderna relativt oberoende av varandra.

Varje period av atomen är relaterad till alla andra perioder och till hela atomen som en oberoende helhetsstruktur.

Detta bestämmer att atomens kemiska aktivitet nästan 100% bestäms endast av atomens sista period. Den fullständigt fyllda sista perioden ger oss den maximalt fyllda zonen av atomens repulsiva krafter. Den kemiska aktiviteten hos en atom är nästan noll. En atom, som en boll, trycker bort andra atomer från sig själv. Vi ser gas här. Och inte bara en gas, utan en inert gas.

Tillägget av den nya periodens första parstruktur förändrar denna idylliska bild. Fördelningen av verkningszoner för avstötnings- och attraktionskrafterna förändras till förmån för attraktionskrafterna. Atomen blir kemiskt aktiv. Detta är en alkalimetallatom.

Med tillägget av varje nästa parstruktur förändras balansen mellan fördelningszonerna av attraktionskrafterna och repulsionen av atomen: zonen av frånstötande krafter ökar, zonen av attraktionskrafter minskar. Och varje nästa atom blir lite mindre metall och lite mer icke-metall.

Den platta kaskadformen av atomer, omfördelningen av aktionszonerna för attraktions- och repulsionskrafterna ger oss följande: En atom av ett kemiskt element, som möter en annan atom även på en kollisionskurs, faller utan misslyckande in i zonen verkan av denna atoms avstötningskrafter. Och den förstör inte sig själv och förstör inte denna andra atom.

Allt detta leder oss till ett anmärkningsvärt resultat: atomerna av kemiska element, som går in i föreningar med varandra, bildar tredimensionella strukturer av molekyler. I motsats till den platta - kaskadstruktur av atomer. En molekyl är en stabil tredimensionell struktur av atomer.

Tänk på energiflödena inuti atomer och molekyler.

Först och främst noterar vi att en elementarpartikel kommer att absorbera energi i cykler. Det vill säga: under den första halvan av cykeln absorberar elementarpartikeln energi från närmaste utrymme. Här bildas ett tomrum - ett utrymme utan fri energi.

Under den andra halvan av cykeln: energier från en mer avlägsen miljö kommer omedelbart att börja fylla det resulterande tomrummet. Det vill säga, i rymden kommer det att finnas energiflöden riktade till förintelsepunkten. Partikeln får ett positivt momentum av translationell rörelse. Och den bundna energin inuti partikeln kommer att börja omfördela sin densitet.

Vad är vi intresserade av här?

Eftersom förintelsecykeln är uppdelad i två faser: energiabsorptionsfasen och energirörelsens fas (fyller tomrummet), kommer medelhastigheten för energiflödena i området för förintelsepunkten att minska, grovt sett, med en faktor på två.

Och vad är extremt viktigt:

I konstruktionen av atomer, molekyler, fysiska kroppar manifesteras en mycket viktig regelbundenhet: stabiliteten hos alla materiella strukturer, såsom: parade strukturer - deuteriumatomer, individuella perioder runt atomer, atomer, molekyler, fysiska kroppar säkerställs av den strikta ordningen i deras förintelseprocesser.

Överväg detta.

Energiflöden genererade av en parstruktur. I en parstruktur förstör elementarpartiklar energi synkront. Annars skulle elementarpartiklarna "äta upp" energikoncentrationen bakom varandras förintelsepunkt. Vi får tydliga vågegenskaper hos parstrukturen. Dessutom påminner vi dig om att på grund av den cykliska karaktären hos förintelseprocesser, sjunker den genomsnittliga hastigheten för energiflöden här med hälften.
Energi flödar inom en atom. Principen är densamma: alla parade strukturer av samma period måste förinta energi synkront - i synkrona cykler. På samma sätt: förintelseprocesserna inom atomen måste synkroniseras mellan perioder. Varje asynkroni leder till att atomen förstörs. Här kan synkroniciteten variera något. Det kan antas att perioder i en atom förstör energi sekventiellt, en efter en, i en våg.
Energi flödar inuti en molekyl, en fysisk kropp. Avstånden mellan atomer i en molekyls struktur är många gånger större än avstånden mellan perioder inuti en atom. Dessutom har molekylen en bulkstruktur. Precis som vilken fysisk kropp som helst har den en tredimensionell struktur. Det är tydligt att synkronismen av förintelseprocesserna här måste vara konsekvent. Riktat från periferin till centrum, eller vice versa: från centrum till periferin – räkna som du vill.

Synkronicitetsprincipen ger oss ytterligare två regelbundenheter:

Energins hastighet som strömmar inuti atomer, molekyler, fysiska kroppar är mycket mindre än hastighetskonstanten för energirörelser i universums rymd. Detta mönster hjälper oss att förstå (i artikel #7) processerna för el.
Ju större struktur vi ser (successivt: elementarpartikel, atom, molekyl, fysisk kropp), desto större våglängd i dess vågegenskaper kommer vi att observera. Detta gäller även fysiska kroppar: ju större massa en fysisk kropp har, desto större våglängd har den.

Sida 1

Neutronladdningen är noll. Följaktligen spelar neutroner ingen roll i storleken på laddningen av en atoms kärna. Serienumret för krom är lika med samma värde.

Protonladdning qp e Neutronladdning är lika med noll.

Det är lätt att se att i det här fallet är neutronens laddning noll, och protonens laddning är 1, som förväntat. Alla baryoner som ingår i två familjer erhålls - de åtta och de tio. Mesoner består av en kvark och en antikvark. Stapeln betecknar antikvarkar; deras elektriska laddning skiljer sig i tecken från motsvarande kvark. En konstig kvark går inte in i en pi-meson, pi-mesoner, som vi redan har sagt, är partiklar med konstigheter och spin lika med noll.

Eftersom protonens laddning är lika med elektronens laddning och neutronens laddning är lika med kulan, om den starka interaktionen är avstängd, kommer interaktionen mellan protonen och det elektromagnetiska fältet A att vara den vanliga interaktionen av Dirac-partikeln - Yp / V. Neutronen skulle inte ha någon elektromagnetisk interaktion.

Beteckningar: 67 - laddningsskillnad mellan elektron och proton; q är neutronladdningen; qg är det absoluta värdet av elektronladdningen.

Kärnan består av positivt laddade elementarpartiklar - protoner och neutroner som inte bär någon laddning.

Grunden för moderna idéer om materiens struktur är påståendet om existensen av materiens atomer, bestående av positivt laddade protoner och laddningslösa neutroner, som bildar en positivt laddad kärna och negativt laddade elektroner som roterar runt kärnan. Energinivåerna för elektroner, enligt denna teori, är diskreta till sin natur, och förlusten eller förvärvet av ytterligare energi av dem betraktas som en övergång från en tillåten energinivå till en annan. I detta fall blir den diskreta naturen hos de elektroniska energinivåerna orsaken till samma diskreta absorption eller emission av energi av en elektron under övergången från en energinivå till en annan.

Vi antog att laddningen av en atom eller molekyl helt bestäms av skalärsumman q Z (q Nqn, där Z är antalet elektron-protonpar, (q qp - qe är skillnaden i laddningarna av elektronen och protonen , N är antalet neutroner och qn är neutronens laddning.

Kärnladdningen bestäms endast av antalet protoner Z, och dess massatal A sammanfaller med det totala antalet protoner och neutroner. Eftersom neutronens laddning är noll finns det ingen elektrisk interaktion enligt Coulombs lag mellan två neutroner, och även mellan en proton och en neutron. Samtidigt verkar en elektrisk frånstötande kraft mellan de två protonerna.

Vidare, inom gränserna för mätnoggrannhet, har inte en enda kollisionsprocess någonsin registrerats, där lagen om laddningskonservering inte skulle följas. Till exempel gör inflexibiliteten hos neutroner i enhetliga elektriska fält det möjligt att betrakta neutronladdningen som lika med noll med en noggrannhet på 1 (H7 av elektronladdningen.

Vi har redan sagt att skillnaden mellan det magnetiska momentet för en proton och en kärnmagneton är ett fantastiskt resultat. Ännu mer överraskande (Det verkar som att det finns ett magnetiskt moment för en neutron utan laddning.

Det är lätt att se att dessa krafter inte reduceras till någon av de typer av krafter som tagits upp i de tidigare delarna av fysikkursen. Faktum är att om vi till exempel antar att gravitationskrafter verkar mellan nukleoner i kärnor, så är det lätt att beräkna från de kända proton- och neutronmassorna att bindningsenergin per partikel kommer att vara försumbar - den kommer att vara 1036 gånger mindre än vad som observerats experimentellt. Antagandet om kärnkrafternas elektriska natur försvinner också. I det här fallet är det faktiskt omöjligt att föreställa sig en stabil kärna som består av en enda laddad proton och ingen laddning av en neutron.

Den starka bindning som finns mellan nukleoner i kärnan indikerar närvaron i atomkärnor av speciella, så kallade kärnkrafter. Det är lätt att se att dessa krafter inte reduceras till någon av de typer av krafter som tagits upp i de tidigare delarna av fysikkursen. Faktum är att om vi till exempel antar att gravitationskrafter verkar mellan nukleoner i kärnor, så är det lätt att utifrån de kända massorna av protonen och neutronen beräkna att bindningsenergin per partikel kommer att vara försumbar - den kommer att vara 1038 gånger mindre än som observerats experimentellt. Antagandet om kärnkrafternas elektriska natur försvinner också. I det här fallet är det faktiskt omöjligt att föreställa sig en stabil kärna som består av en enda laddad proton och ingen laddning av en neutron.