Велика енциклопедія нафти та газу. Елементарні частки

Весь матеріальний світ, За даними сучасної фізики, побудований з трьох елементарних частинок: протона, нейтрона та електрона. Крім того, згідно з даними науки, у всесвіті існують і інші «елементарні» частинки матерії, одних назв яких явно більше за норму. При цьому функція цих інших «елементарних частинок» у існуванні та еволюції світобудови незрозуміла.

Розглянемо іншу інтерпретацію елементарних частинок:

Існує лише одна елементарна часткаматерії – протон. Решта «елементарних частинок», включаючи нейтрон і електрон, є лише похідними від протона, й у еволюції всесвіту відводиться дуже скромна роль. Розглянемо, як утворюються такі "елементарні частинки".

Будівлю елементарної частинки матерії ми докладно розглянули у статті "". Коротко про елементарну частинку:

• Елементарна частка матерії має форму витягнутої, у просторі, нитки.
• Елементарна частка здатна до розтягування. У процесі розтягування щільність матерії всередині елементарної частки падає.
• Ділянку елементарної частки, де щільність матерії падає вдвічі, ми назвали квантом матерії .
• У процесі руху елементарна частка безперервно поглинає (згортає, ) енергію.
• Точка поглинання енергії( точка анігіляції ) знаходиться на вістрі вектора руху елементарної частки.
• Точніше: на вістря активного кванта матерії.
• Поглинаючи енергію, елементарна частка безперервно нарощує швидкість свого поступального руху.
• Елементарна частка матерії є диполь. У якому сили тяжіння зосереджені передній частині (по ходу руху) частки, а сили відштовхування — у задній частині.

Властивість елементарної просторі теоретично означає можливість зменшення щільності матерії до нульової позначки. І це, своєю чергою, означає можливість її механічного розриву: місце розриву елементарної частинки матерії можна як її ділянку з нульової щільністю матерії.

У процесі анігіляції (поглинання енергії) елементарна частка, згортаючи енергію, постійно збільшує швидкість свого поступального руху у просторі.

Еволюція галактики, нарешті, наводить елементарні частинки матерії до моменту, коли вони стають здатні вплинути один на одного. Елементарні частинки можуть зустрітися не так на паралельних курсах, коли одна частка підходить до іншої повільно і плавно, як корабель до причалу. Вони можуть зустрітися у просторі та на зустрічних траєкторіях. Тоді жорстке зіткнення і, як наслідок – розрив елементарної частки – майже неминуче. Вони можуть потрапити під дуже сильну хвилю обурення енергії, що також веде до розриву.

Що ж можуть бути «уламками», що утворилися в результаті розриву елементарної частинки матерії?

Розглянемо випадок, коли в результаті стороннього впливу з елементарних частинок матерії - атом дейтерію - розпалася на протон і нейтрон.

Розрив парної структури відбувається над місці їх з'єднання — . Розривається одна із двох елементарних частинок парної структури.

Протон і нейтрон відрізняються одна від одної своєю будовою.

• Протон - це трохи укорочена (після розриву) елементарна частка,
• нейтрон – структура, що складається з однієї повноцінної елементарної частинки та «обрубка» — переднього, легкого краю першої частинки.

Повноцінна елементарна частка має повний набір — «N» квантів матерії у своєму складі. Протон має "N-n" квантів матерії. Нейтрон має «N+n» квантів.

Поведінка протона зрозуміла. Навіть втративши кінцеві кванти матерії, він продовжує активно енергію: щільність матерії його нового кінцевого кванта завжди відповідає умовам анігіляції. Цей новий кінцевий квант матерії стає новою точкою анігіляції. Загалом, протон веде себе як належить. Властивості протонів добре описані у будь-якому підручнику фізики. Тільки він стане трохи легшим за свого «повноцінного» побратима – повноцінної елементарної частинки матерії.

Інакше веде себе нейтрон. Розглянемо спочатку будову нейтрона. Саме його будова пояснює його «дивності».

По суті, нейтрон складається із двох частин. Перша частина – це повноцінна елементарна частка матерії з точкою анігіляції у своєму передньому краю. Друга частина – сильно укорочений, легкий «обрубок» першої елементарної частинки, що залишився після розриву подвійної структури, і також має точку анігіляції. Ці дві частини з'єднані між собою точками анігіляції. Таким чином, нейтрон має подвійну точку анігіляції.

Логіка мислення підказує, що ці дві різновижні частини нейрона будуть поводитися по-різному. Якщо перша частина, що є повноцінною елементарною частинкою, буде, як належить, анігілювати вільну енергію і поступово розганятися в просторі всесвіту, то друга, легковажна частина, починає анігілювати вільну енергію вищими темпами.

Рух елементарної частинки матерії в просторі здійснюється завдяки: дифузіююча енергія тягне частинку, що потрапила в її потоки. Зрозуміло, що менше масивна частка матерії, тим легше потокам енергії тягнути у себе цю частинку, тим вища швидкість цієї частки. Зрозуміло, що чим Велика кількістьенергії миттєво згортає активний квант, тим потужнішими потоки дифузної енергії, тим легше цим потокам тягнути за собою частинку. Отримуємо залежність: Швидкість поступального руху частинки матерії у просторі пропорційна масі матерії її активного кванта і обернено пропорційна загальній масі частинки матерії :

Друга, легковажна частина нейтрона має масу, багаторазово меншу за масу повноцінної елементарної частинки матерії. Але маси їхніх активних квантів рівні. Тобто вони анігілюють енергію однаковими темпами. Отримуємо: швидкість поступального руху другої частини нейтрона прагнутиме швидко наростати, і вона починає швидше анігілювати енергію. (Щоб не вносити плутанину, називатимемо другу, легковагу, частину нейтрона електроном).

малюнок нейтрона

Різко підвищується кількість одномоментно анігільованої енергії електроном, поки він перебуває у складі нейтрона, веде до інертності нейтрона. Електрон починає анігілювати більше енергії, ніж його "сусід" - повноцінна елементарна частка. Відірватися від загальної точки анігіляції нейтрона він не може: заважають потужні сили тяжіння. В результаті, електрон починає «з'їдати» позаду загальної точки анігіляції.

Одночасно, електрон починає зміщення щодо свого партнера та його згущення вільної енергіїпотрапляє до зони дії точки анігіляції свого сусіда. Який негайно починає «з'їдати» це згущення. Таке перемикання електрона та повноцінної частинки на «внутрішні» ресурси – згущення вільної енергії позаду точки анігіляції – веде до стрімкого падіння сил тяжіння та відштовхування нейтрона.

Відрив електрона від загальної структури нейтрона відбувається в момент, коли зсув електрона щодо повноцінної елементарної частинки стане досить великим, сила, що прагне розірвати пута тяжіння двох точок анігіляції, починає перевищувати силу тяжіння цих точок анігіляції, і друга легка частина нейтрона (електрон) швидко ульоту геть.

В результаті, нейтрон розпадається на дві одиниці: повноцінну елементарну частинку – протон та легку, укорочену частину елементарної частинки матерії – електрон.

За сучасними даними, структура одиночного нейтрона існує близько п'ятнадцяти хвилин. Далі він мимоволі розпадається на протон та електрон. Ці п'ятнадцять хвилин є час усунення електрона щодо загальної точки анігіляції нейтрона та його боротьби за свою «свободу».

Підіб'ємо деякі підсумки:

• ПРОТОН - це повноцінна елементарна частка матерії, з однією точкою анігіляції, або важка частина елементарної частинки матерії, що залишилася після відриву від неї легких квантів.
• НЕЙТРОН - це подвійна структура, що має дві точки анігіляції, що складається з елементарної частинки матерії, і легкої передньої частини іншої елементарної частинки матерії.
• ЕЛЕКТРОН – передня частина елементарної частинки матерії, що має одну точку анігіляції, що складається з легких квантів, що утворилася в результаті розриву елементарної частинки матерії.
• Визнана наукою структура "протон - нейтрон" - є АТОМ ДЕЙТЕРІЯ -структура з двох елементарних частинок, що має подвійну точку анігіляції.

Електрон не є самостійною елементарною часткою, що обертається навколо ядра атома.

Електрона, яким його наука, немає у складі атома.

І ядра атома, як такого, немає у природі, як немає і нейтрона як самостійної елементарної частинки матерії.

І електрон, і нейтрон є похідні від парної структури з двох елементарних частинок, після її розриву на дві нерівні частини в результаті стороннього впливу. У складі атома будь-якого хімічного елемента протон і нейтрон є стандартною парною структурою - дві повноважні елементарні частинки матерії - два протони, об'єднаних точками анігіляції..

У сучасній фізиці існує непорушне становище, що протон та електрон мають рівні, але протилежні електричні заряди. Нібито внаслідок взаємодії цих протилежних зарядів вони притягуються один до одного. Досить логічне пояснення. Воно вірно відбиває механізм явища, але неправильно – його суть.

Елементарні частинки немає ні позитивного, ні негативного «електричних» зарядів, як немає особливої ​​форми матерії як «електричного поля». Така «електрика» є вигадка людини, викликана її нездатністю пояснити існуючий стан речей.

«Електричне» та електрона один до одного насправді створюється потоками енергії, спрямованими до їх точок анігіляції, внаслідок їх поступального руху у просторі всесвіту. Коли вони потрапляють у зону дії сил тяжіння одне одного. Це справді виглядає як взаємодія рівних за величиною, але протилежних електричних зарядів.

"одноіменних електричних зарядів", наприклад: двох протонів або двох електронів також має інше пояснення. Відштовхування відбувається, коли одна з частинок потрапляє в зону дії сил відштовхування іншої частинки - тобто в зону згущення енергії позаду її точки анігіляції. Це ми розглянули у попередній статті.

Взаємодія "протон - антипротон", "електрон - позитрон" також має інше пояснення. Під такою взаємодією ми розуміємо взаємодію духу протонів або електронів, коли вони рухаються на зустрічних курсах. У цьому випадку, завдяки їхній взаємодії тільки тяжінням (відштовхування немає, оскільки зона відштовхування кожної з них знаходиться позаду них), відбувається їх жорсткий контакт. В результаті замість двох протонів (електронів) отримуємо зовсім інші «елементарні частинки», які насправді є похідними від жорсткої взаємодії цих двох протонів (електронів).

Атомна будова речовин. Модель атома

Розглянемо будову атома.

Нейтрона та електрона – як елементарних частинок матерії – не існує. Це ми розглянули вище. Відповідно: немає і жодного ядра атома та її електронної оболонки. Ця помилка є потужною перешкодою для подальшого дослідження структури матерії.

Єдиною елементарною частинкою матерії є лише протон. Атом будь-якого хімічного елемента складається з парних структур із двох елементарних частинок матерії (крім ізотопів, де до парної структури додаються елементарні частинки).

Для подальших міркувань необхідно розглянути поняття загальної точки анігіляції.

Елементарні частинки матерії взаємодіють між собою точками анігіляції. Ця взаємодія веде до утворення матеріальних структур: атомів, молекул, фізичних тіл.

ЗАГАЛЬНА ТОЧКА АННІГІЛЯЦІЇ – є об'єднання двох одиничних точок анігіляції елементарних частинок матерії в загальну точку анігіляції парної структури, або загальних точок анігіляції парних структур у загальну точку анігіляції атома хімічного елемента, або загальних точок анігі хімічних елементів- У загальну точку анігіляції молекули.

Головне тут, що об'єднання частинок матерії виступає тяжінням і відштовхуванням як єдиний цілісний об'єкт. Зрештою, навіть будь-яке фізичне тіло можна як загальну точку анігіляції цього фізичного тіла: це тіло притягує себе інші фізичні тіла як єдиний, цілісний фізичний об'єкт, як єдина точка анігіляції. І тут ми отримуємо гравітаційні явища – тяжіння між фізичними тілами.

У фазі циклу розвитку галактики, коли сили тяжіння стають досить великими, починається об'єднання атомів дейтерію в структури інших атомів. Атоми хімічних елементів утворюються послідовно, з підвищенням швидкості поступального руху елементарних частинок матерії (читай: підвищення швидкості поступального руху галактики у просторі всесвіту) шляхом приєднання до атома дейтерію нових парних структур з елементарних частинок матерії.

Об'єднання відбувається послідовно: у кожному новому атомі з'являється по одній новій парній структурі з елементарних частинок матерії (рідше – одиночної елементарної частинці). Що дає нам об'єднання атомів дейтерію у структуру інших атомів:

1. Утворюється загальна точка анігіляції атома. Це означає, що взаємодіяти тяжінням і відштовхуванням з іншими атомами і елементарними частинками наш атом буде як єдина цільна структура.
2. З'являється простір атома, всередині якого щільність вільної енергії багаторазово перевищуватиме щільність вільної енергії поза його простором. Дуже висока щільність енергії позаду одиничної точки анігіляції всередині простору атома просто не встигатиме сильно падати: занадто малі відстані між елементарними частинками. Середня щільність вільної енергії у внутрішньоатомному просторі багаторазово перевищує значення константи щільності вільної енергії простору всесвіту.

У побудові атомів хімічних елементів, молекул хімічних речовин, фізичних тіл, проявляється найважливіший закон взаємодії матеріальних частинок та тіл:

Сила внутрішньоядерних, хімічних, електричних, гравітаційних зв'язків залежить від відстаней між точками анігіляції всередині атома, між загальними точками анігіляції атомів усередині молекул, між загальними точками анігіляції молекул усередині фізичних тіл, між фізичними тілами. Чим менша відстань між загальними точками анігіляції, тим більше потужні сили тяжіння діють між ними.

Зрозуміло, що:

• Під внутрішньоядерними зв'язками ми маємо на увазі взаємодії між елементарними частинками та між парними структурами всередині атомів.
• Під хімічними зв'язками маємо на увазі взаємодії між атомами у структурі молекул.
• Під електричними зв'язками розуміємо взаємодії між молекулами у складі фізичних тіл, рідин, газів.
• Під гравітаційними зв'язками ми маємо на увазі взаємодії між фізичними тілами.

Утворення другого хімічного елемента — атома гелію — відбувається, коли галактика розганяється в просторі до досить високої швидкості.

Подальше підвищення швидкості поступального руху галактики веде до утворення атомів наступних (відповідно до таблиці Менделєєва) хімічних елементів. У цьому: генезі атомів кожного хімічного елемента відповідає своя, суворо певна швидкість поступального руху галактики у просторі всесвіту. Назвемо її стандартною швидкістю утворення атома хімічного елемента .

Атом гелію – другий після водню атом, що утворився у галактиці. Потім, з підвищення швидкості поступального руху галактики, до атома гелію проривається наступний атом дейтерію. Це означає, що швидкість поступального руху галактики досягла стандартної швидкості утворення атома літію. Потім вона досягне стандартної швидкості утворення атома берилію, вуглецю ..., і так далі, згідно з таблицею Менделєєва.

модель атома

На наведеній схемі ми можемо бачити, що:

1. Кожен період у складі атома є кільцем з парних структур.
2. Центр атома завжди займає чотиривірна структура атома гелію.
3. Всі парні структури одного періоду розташовані лише в одній площині.
4. Відстань між періодами набагато більша, ніж відстані між парними структурами всередині одного періоду.

Очевидно, це дуже спрощена схема, і вона не відображає всіх реальностей побудови атомів. Наприклад: кожна нова парна структура, приєднуючись до атома, зміщує та інші парні структури періоду, якого приєднується.

Отримуємо принцип побудови періоду як кільця навколо геометричного центру атома:

• Структура періоду будується в одній площині. Цьому сприяє загальний вектор поступального руху всіх елементарних частинок галактики.
• парні структури одного періоду будуються навколо геометричного центру атома на рівній відстані.
• атом, навколо якого будується новий період, поводиться до цього нового періоду як єдина цілісна система.

Ось і отримуємо найважливішу закономірність побудови атомів хімічних елементів:

ЗАКОНОМІРНІСТЬ СТРОГО ВИЗНАЧЕНОЇ КІЛЬКОСТІ ПАРНИХ СТРУКТУР: одночасно, на певній відстані від геометричного центру загальної точки анігіляції атома може бути лише певна кількість парних структур з елементарних частинок матерії.

Тобто: у другому, третьому періодах таблиці Менделєєва – по вісім елементів, у четвертому, п'ятому – по вісімнадцять, у шостому, сьомому – по тридцять два. Збільшується діаметр атома дозволяє збільшуватися кількості парних структур у кожному наступному періоді.

Відомо, що це закономірність визначає принцип періодичності побудови атомів хімічних елементів, відкритого ще Д.І. Менделєєвим.

Кожен період усередині атома хімічного елемента веде себе як єдина цілісна система. Це визначається стрибками відстаней між періодами: набагато більшими, ніж відстані між парними структурами всередині періоду.

Атом з неповним періодом виявляє хімічну активність відповідно до вищезазначеної закономірності. Оскільки існує дисбаланс сил тяжіння та відштовхування атома на користь сил тяжіння. Але з приєднанням останньої парної структури дисбаланс зникає, новий період набуває форми правильного коластає єдиною, цілісною, завершеною системою. А ми одержуємо атом інертного газу.

Найважливішою закономірністю побудови структури атома є: атом має плоско-каскаднуструктуру . Щось на зразок люстри.

• парні структури одного періоду повинні розташовуватися в одній площині, перпендикулярній до вектора поступального руху атома.
• у той же час періоди в атомі повинні розташовуватись каскадом.

Це пояснює, чому у другому та третьому періодах (так само як і в четвертому – п'ятому, шостому – сьомому) однакова кількість парних структур (дивися малюнок нижче). Така структура атома є наслідок розподілу сил тяжіння та відштовхування елементарної частки: сили тяжіння діють у передній (по ходу руху) півсфері частинки, сили відштовхування – у задній півсфері.

Інакше, згущення вільної енергії позаду точок анігіляції одних парних структур потрапляють у зону тяжіння точок анігіляції інших парних структур, і атом неминуче розвалиться.

Нижче бачимо схематичне об'ємне зображення атома аргону

модель атома аргону

На наведеному нижче малюнку ми можемо бачити «розріз», вид «збоку» - двох періодів атома — другого і третього:

Саме так мають бути відорієнтовані щодо центру атома парні структури в періодах з рівною кількістю парних структур (другий — третій, четвертий — п'ятий, шостий — сьомий).

Кількість енергії в згущенні позаду точки анігіляції елементарної частки постійно зростає. Це стає зрозумілим із формули:

E 1 ~m(C+W)/2

Е 2 ~m(C-W)/2

ΔE = Е 1 -Е 2 = m (C + W) / 2 - m (C - W) / 2

ΔE~W×m

де:

Е 1 - кількість вільної енергії, що згортається (поглинається) точкою анігіляції з передньої півсфери руху.

Е 2 - кількість вільної енергії згортається (поглинається) точкою анігіляції з задньої півсфери руху.

ΔЕ – різниця між кількістю вільної енергії, що згортається (поглинається) з передньої та задньої півсфер руху елементарної частинки.

W – швидкість руху елементарної частки.

Тут ми бачимо безперервне зростання маси згущення енергії позаду точки анігіляції частинки, що рухається, у міру підвищення швидкості її поступального руху.

У структурі атома це виявиться в тому, що щільність енергії позаду структури кожного наступного атома зростатиме геометричної прогресії. Крапки анігіляції своєю силою тяжіння «залізною хваткою» тримають одна одну. У той самий час, зростаюча сила відштовхування дедалі більше відхилятиме один від одного парні структури атома. Ось і отримуємо плоско - каскадна побудова атома.

Атом, формою, повинен нагадувати форму чаші, де «дном» є структура атома гелію. А "краями" чаші є останній період. Місця «вигинів чаші»: другий – третій, четвертий – п'ятий, шостий – сьомий періоди. Ці «вигини» і дозволяють утворювати різні періодиз рівною кількістю парних структур

модель атома гелію

Саме плоско — каскадна структура атома та кільцеве розташування парних структур у ньому, визначають періодичність та рядність побудови періодичної системи хімічних елементів Менделєєва, періодичність прояву схожих хімічних властивостей атомів одного ряду періодичної таблиці.

Плоско - Каскадна структура атома дає появу єдиного простору атома з високою щільністю вільної енергії.

• Усі парні структури атома спрямовані у бік центру атома (вірніше: у бік точки, що знаходиться на геометричній осі атома, у напрямку руху атома).
• Усі індивідуальні точки анігіляції розташовуються за кільцями періодів усередині атома.
• Всі індивідуальні згущення вільної енергії розташовані за їх точками анігіляції.

Результат: єдине згущення вільної енергії високої густини, межі якого є межами атома. Ці межі, як ми розуміємо, є межами дії сил, відомих у науці як сили Юкави.

Плоско-каскадна структура атома дає перерозподіл зон сил тяжіння та відштовхування певним чином. Перерозподіл зон сил тяжіння та відштовхування ми спостерігаємо вже у парної структури:

Зона дії сил відштовхування парної структури збільшується за рахунок зони дії сил її тяжіння (порівняно з одиночними елементарними частинками). Зона дії сил тяжіння відповідно зменшується. (Зменшується зона дії сили тяжіння, але не сама сила). Плоско – каскадна структура атома дає ще більше збільшення зони дії сил відштовхування атома.

• З кожним новим періодом, зона дії сил відштовхування прагне формі повної кулі.
• Зона дії сил тяжіння буде все більш зменшується в діаметрі конус

У побудові нового періоду атома простежується ще одна закономірність: всі парні структури одного періоду розташовані строго симетрично щодо геометричного центру атома, незалежно від кількості парних структур у періоді.

Кожна нова парна структура, приєднуючись, змінює розташування решти парних структур періоду отже відстані між ними періоді завжди рівні одна одній. Ці відстані зменшуються із приєднанням наступної парної структури. Неповний зовнішній періодатом хімічного елемента робить його хімічно активним.

Відстані між періодами, набагато більшими, ніж відстані між парними частинками всередині періоду, роблять періоди відносно незалежними один від одного.

Кожен період атома відноситься до всіх інших періодів і всього атома як незалежна цільна структура.

Це визначає, що хімічна активність атома майже 100% визначається лише останнім періодом атома. Цілком заповнений останній період дає нам максимально заповнену зону сил відштовхування атома. Хімічна активність атома майже нульова. Атом як м'ячик відштовхує від себе інші атоми. Ми тут бачимо газ. І не просто газ, а інертний газ.

Приєднання першої парної структури нового періоду змінює цю ідилічну картину. Розподіл зон дії сил відштовхування та тяжіння змінюється на користь сил тяжіння. Атом стає хімічно активним. Це атом лужного металу.

З приєднанням кожної наступної парної структури змінюється баланс зон розподілу сил тяжіння та відштовхування атома: зона сил відштовхування посилюється, зона сил тяжіння зменшується. І кожен наступний атом стає трохи меншим металом і трохи більше – неметалом.

Плоско - каскадна форма атомів, перерозподіл зон дії сил тяжіння та відштовхування дає нам наступне: Атом хімічного елемента, зустрічаючись з іншим атомом навіть на зустрічних курсах, обов'язково потрапляє до зони дії сил відштовхування цього атома. І не руйнується сам і не руйнує цей інший атом.

Усе це приводить нас до чудового результату: атоми хімічних елементів, вступаючи у сполуки друг з одним, утворюють об'ємні структури молекул. На противагу плоско - каскадної структури атомів. Молекула є стійка об'ємна структура з атомів.

Розглянемо потоки енергії всередині атомів та молекул.

Насамперед зазначимо, що елементарна частка поглинатиме енергію циклами. Тобто: у першу половину циклу елементарна частка поглинає енергію з найближчого простору. Тут утворюється порожнеча – без вільної енергії.

У другу половину циклу: енергії з більш далекого оточення негайно заповнюватиме порожнечу. Тобто – у просторі виникнуть потоки енергії, спрямовані на точку анігіляції. Частка отримує позитивний імпульс поступального руху. А пов'язана енергіяусередині частки почне перерозподіляти свою густину.

Що нам тут цікаво.

Оскільки цикл анігіляції поділяється на дві фази: фазу поглинання енергії та фазу руху енергії (заповнення порожнечі), то Середня швидкістьпотоків енергії в районі точки анігіляції зменшиться, власне кажучи – вдвічі.

І, що надзвичайно важливо:

У побудові атомів, молекул, фізичних тіл проявляється дуже важлива закономірність: стійкість всіх матеріальних структур, як то: парних структур – атомів дейтерію, окремих періодів навколо атомів, атомів, молекул, фізичних тіл забезпечується суворою впорядкованістю процесів їх анігіляції..

Розглянемо це.

1. Потоки енергії, що створюються парною структурою. У парній структурі елементарні частки анігілюють енергію синхронно. Інакше, елементарні частинки «з'їдали» згущення енергії позаду точки анігіляції один одного. Отримуємо чіткі хвильові параметри парної структури. Крім того, нагадуємо, що завдяки циклічності процесів анігіляції середня швидкість потоків енергії тут падає вдвічі.
2. Потік енергії всередині атома. Принцип той самий: всі парні структури одного періоду повинні анігілювати енергію синхронно – синхронними циклами. Так само: процеси анігіляції всередині атома мають бути синхронізовані між періодами. Будь-яка асинхронність веде до руйнації атома. Тут синхронність може трохи змінюватись. Можна припустити, що періоди в атомі анігілюють енергію послідовно, один за одним хвилею.
3. Потік енергії всередині молекули, фізичного тіла. Відстань між атомами у структурі молекули багаторазово перевищує відстані між періодами всередині атома. З іншого боку, молекула має об'ємну структуру. Так само, як і будь-яке фізичне тіло має об'ємну структуру. Зрозуміло, що синхронність процесів анігіляції має бути послідовна. Спрямована від периферії до центру, або навпаки: від центру – до периферії – рахуйте як завгодно.

Принцип синхронності дає нам ще дві закономірності:

• Швидкість потоків енергії всередині атомів, молекул, фізичних тіл значно менша за константу швидкості руху енергії в просторі всесвіту. Ця закономірність допоможе нам зрозуміти (стаття №7) процеси електрики.
• Чим більшу структуру ми бачимо (послідовно: елементарна частка, атом, молекула, фізичне тіло), тим більшу довжину хвилі у її хвильових характеристиках ми спостерігатимемо. Це стосується і фізичних тіл: чим більша маса має фізичне тіло, тим більшою довжиною хвилі воно володіє.

• Переклад

У центрі кожного атома знаходиться ядро, крихітний набір частинок під назвою протони та нейтрони. У цій статті ми вивчимо природу протонів та нейтронів, що складаються з частинок ще дрібнішими за розміром – кварків, глюонів та антикварків. (Глюони, як і фотони є античастинками самі собі). Кварки і глюони, наскільки нам відомо, можуть бути по-справжньому елементарними (неподільними і такими, що не складаються, дрібніші за розміром). Але до них згодом.

Як не дивно, у протонів та нейтронів маса майже однакова – з точністю до відсотка:

• 0,93827 ГеВ/с 2 у протона,
• 0,93957 ГеВ/с 2 у нейтрону.

Це ключ до їхньої природи – вони насправді дуже схожі. Так, між ними існує одна очевидна відмінність: у протона позитивний електричний заряда у нейтрона заряду немає (він нейтральний, звідси і його назва). Відповідно електричні сили діють на перший, але не на другий. На перший погляд, ця відмінність здається дуже важливою! Але насправді це не так. В інших сенсах протон з нейтроном майже близнюки. Вони ідентичні як маси, а й внутрішнє будова.

Оскільки вони такі схожі, і оскільки з цих частинок складаються ядра, протони і нейтрони часто називають нуклонами.

Протони ідентифікували та описали приблизно 1920 року (хоча відкриті вони були раніше; ядро ​​атома водню – це просто окремий протон), а нейтрони знайшли десь 1933-го. Те, що протони і нейтрони такі схожі один на одного, зрозуміли майже відразу. Але те, що вони мають вимірний розмір, порівнянний із розміром ядра (приблизно в 100 000 разів менше атома по радіусу), не знали до 1954-го. Те, що вони складаються з кварків, антикварків та глюонів, поступово розуміли з середини 1960-х до середини 1970-х. До кінця 70-х і початку 80-х наше розуміння протонів, нейтронів, і те, з чого вони складаються, здебільшого встаканилося, і з тих пір залишається незмінним.

Нуклони описати набагато важче, ніж атоми чи ядра. Не сказати, що , але принаймні можна сказати, не роздумуючи, що атом гелію складається з двох електронів, що знаходяться на орбіті навколо крихітного ядра гелію; а ядро ​​гелію – досить проста група з двох нейтронів та двох протонів. А ось із нуклонами все вже не так просто. Я вже писав у статті, що атом схожий на елегантний менует, а нуклон – на дику вечірку.

Складність протона і нейтрона, зважаючи на все, справжні, і не випливають з неповних фізичних знань. У нас є рівняння, які використовуються для опису кварків, антикварків та глюонів, а також сильних ядерних взаємодій, що відбуваються між ними. Ці рівняння називаються КХД, від "квантової хромодинаміки". Точність рівнянь можна перевіряти у різний спосіб, включаючи вимірювання кількості часток, що з'являються на Великому адронному колайдері. Підставляючи рівняння КХД в комп'ютер і запускаючи обчислення властивостей протонів і нейтронів, та інших подібних частинок (із загальною назвою «адрони»), ми отримуємо передбачення властивостей цих частинок, що добре наближаються до спостережень, зроблених у реальному світі. Тому ми маємо підстави вважати, що рівняння КХД не брешуть, і що наше знання протона і нейтрона засноване на вірних рівняннях. Але просто мати правильні рівняння недостатньо, бо:

• У простих рівняньможуть виявитися дуже складні рішення,
• Іноді неможливо описати складні рішення у простий спосіб.

Наскільки ми можемо судити, саме така ситуація з нуклонами: це складні рішення щодо простих рівнянь КХД, і описати їх парою слів або картинок неможливо.

Через внутрішню складність нуклонів вам, читачу, доведеться зробити вибір: як багато ви хочете дізнатися з приводу описаної складності? Неважливо, як далеко ви зайдете, задоволення це вам, швидше за все, не принесе: чим більше ви дізнаватиметеся, тим зрозуміліше вам ставатиме тема, але підсумкова відповідь залишиться тим самим - протон і нейтрон дуже складні. Я можу запропонувати вам три рівні розуміння зі збільшенням деталізації; Ви можете зупинитися після будь-якого рівня і перейти на інші теми, або можете занурюватися до останнього. Щодо кожного рівня виникають питання, відповіді на які можу частково дати в наступному, але нові відповіді викликають нові питання. У результаті – як я роблю у професійних обговореннях з колегами та просунутими студентами – я можу лише відіслати вас до даних отриманих у реальних експериментах, до різних впливових теоретичних аргументів та комп'ютерних симуляцій.

Перший рівень розуміння

З чого складаються протони та нейтрони?

Рис. 1: надмірно спрощена версія протонів, що складаються тільки з двох верхніх кварків і одного нижнього, і нейтронів, що складаються тільки з двох нижніх кварків та одного верхнього

Щоб спростити справу, у багатьох книгах, статтях та на сайтах зазначено, що протони складаються з трьох кварків (двох верхніх та одне нижнього) і малюють щось на кшталт рис. 1. Нейтрон такий же, що тільки складається з одного верхнього і двох нижніх кварків. Це просте зображення ілюструє те, у що вірили деякі вчені, переважно у 1960-х. Але незабаром стало зрозуміло, що ця точка зору надмірно спрощена настільки, що вже не є коректною.

З більш досвідчених джерел інформації ви дізнаєтеся, що протони складається з трьох кварків (двох верхніх та одного нижнього), які утримуються разом глюонами – і там може з'явитися картинка, схожа на рис. 2 де глюони намальовані у вигляді пружинок або ниток, що утримують кварки. Нейтрони такі самі, тільки з одним верхнім кварком і двома нижніми.

Рис. 2: покращення рис. 1 рахунок акценту на важливої ​​ролі сильної ядерної взаємодії, що утримує кварки в протоні

Не такий вже й поганий спосіб опису нуклонів, оскільки він наголошує на важливій ролі сильної ядерної взаємодії, що утримує кварки в протоні за рахунок глюонів (точно так само, як з електромагнітною взаємодією пов'язаний фотон, частка, з яких складається світло). Але це теж спантеличує, оскільки насправді не пояснює, що таке глюони і що вони роблять.

Є причини рухатися далі і описувати речі так, як я робив у: протон складається з трьох кварків (двох верхніх та одного нижнього), купи глюонів і гори пар кварк-антикварк (в основному це верхні та нижні кварки, але є і кілька дивних) . Всі вони літають туди і сюди з дуже великою швидкістю (наближаючись до швидкості світла); весь цей набір утримується за допомогою сильної ядерної взаємодії. Я продемонстрував це на рисі. 3. Нейтрони знову такі самі, але з одним верхнім і двома нижніми кварками; Кварк, що змінив належність, вказаний стрілкою.

Рис. 3: більш реалістичне, хоча все одно неідеальне зображення протонів та нейтронів

Ці кварки, антикварки і глюони не тільки шалено носяться туди-сюди, але й стикаються один з одним, і перетворюються один на одного через такі процеси, як анігіляція частинок (у якій кварк та антикварк одного типу перетворюються на два глюони, або навпаки) або поглинання та випромінювання глюону (у якому можуть зіткнутися кварк та глюон і породити кварк та два глюони, або навпаки).

Що у цих трьох описівзагального:

• Два верхні кварки та нижній кварк (плюс щось ще) біля протона.
• Один верхній кварк і два нижні кварки (плюс ще щось) у нейтрона.
• "Ще щось" у нейтронів збігається з "ще чимось" у протонів. Тобто у нуклонів «ще щось» однакове.
• Невелика різниця в масі у протона та нейтрона з'являється через різницю мас нижнього кварка та верхнього кварка.

І, оскільки:

• у верхніх кварків електричний заряд дорівнює 2/3 e (де e - заряд протона, -e - заряд електрона),
• у нижніх кварків заряд дорівнює -1/3e,
• у глюонів заряд 0,
• у будь-якого кварку та відповідного йому антикварка загальний заряд дорівнює 0 (наприклад, у антинижнього кварка заряд +1/3e, так що у нижнього кварка та нижнього антикварка заряд буде –1/3 e +1/3 e = 0),

Кожен малюнок відносить електричний заряд протона на рахунок двох верхніх та одного нижнього кварка, а «ще щось» додає до заряду 0. Так само у нейтрона заряд нульовий завдяки одному верхньому і двом нижнім кваркам:

• загальний електричний заряд протона 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• загальний електричний заряд нейтрона 2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0.

Розрізняються ці описи наступного:

• скільки «ще чогось» усередині нуклону,
• що воно там робить,
• звідки беруться маса і енергія маси (E = mc 2 , енергія, що є там, навіть коли частка спочиває) нуклону.

Оскільки більшість маси атома, і, отже, всієї звичайної матерії, міститься у протонах і нейтронах, останній пункт дуже важливий для правильного розумінняприроди.

Рис. 1 говорить про те, що кварки, по суті, є третиною нуклону - приблизно так, як протон або нейтрон представляють чверть ядра гелію або 1/12 ядра вуглецю. Якби цей малюнок був правдивий, кварки в нуклоні рухалися б відносно повільно (зі швидкостями набагато меншими за світлову) з відносно слабкими взаємодіями, що діють між ними (хоча і за наявності якоїсь потужної сили, яка утримує їх на місці). Маса кварку, верхнього і нижнього, становила б тоді близько 0,3 ГеВ/с 2 приблизно третину маси протона. Але це просте зображення і ідеї, що їм нав'язуються, просто невірні.

Рис. 3. дає зовсім інше уявлення про протон, як про казан частинок, що снують у ньому зі швидкостями, близькими до світловий. Ці частинки стикаються один з одним, і в цих зіткненнях деякі з них анігілюють, інші створюються на їх місці. Глюони немає маси, маси верхніх кварків становлять порядку 0,004 ГеВ/с 2 , а нижніх – близько 0,008 ГеВ/с 2 - у сотні разів менше протона. Звідки береться енергія маси протона, питання складне: частина її йде від енергії маси кварків та антикварків, частина – від енергії руху кварків, антикварків та глюонів, а частина (можливо, позитивна, можливо, негативна) з енергії, що зберігається у сильній ядерній взаємодії, утримує кварки, антикварки та глюони разом.

У певному сенсі рис. 2 намагається усунути різницю між рис. 1 та рис. 3. Він спрощує рис. 3 видаляючи безліч пар кварк-антикварк, які, в принципі, можна назвати ефемерними, оскільки вони постійно виникають і зникають, і не є необхідними. Але вона справляє враження того, що глюони в нуклонах є безпосередньою частиною сильної ядерної взаємодії, що утримує протони. І вона пояснює, звідки береться маса протона.

У мал. 1 є інший недолік, крім вузьких рамок протону та нейтрону. Вона не пояснює деякі властивості інших адронів, наприклад, півонії та ро-мезону. Ті ж проблеми є і рис. 2.

Ці обмеження і призвели до того, що своїм студентам і на моєму сайті я даю картинку з рис. 3. Але хочу попередити, що і вона має безліч обмежень, які я розгляну пізніше.

Варто відзначити, що надзвичайну складність будови, що має на увазі рис. 3, варто було очікувати від об'єкта, що утримує разом така потужна сила, як сильна ядерна взаємодія. І ще одне: три кварки (два верхні і один нижній у протона), що не є частиною групи пар кварків-антикварків, часто називають «валентними кварками», а пари кварків-антикварків – «морем кваркових пар». Така мова у багатьох випадках технічно зручна. Але він дає помилкове враження того, що якби ви змогли заглянути всередину протона, і подивилися на певний кварк, ви відразу змогли б сказати, чи є він частиною моря чи валентним. Цього зробити не можна, такого способу немає.

Маса протону та маса нейтрону

Оскільки маси протона і нейтрона такі схожі, і оскільки протон і нейтрон відрізняються лише заміною верхнього кварка нижнім, здається ймовірним, що їх маси забезпечуються одним і тим же способом, виходять з одного джерела, і їх різниця полягає в невеликій відмінності між верхнім і нижнім кварками . Але три наведені малюнки говорять про наявність трьох дуже різних поглядів на походження маси протона.

Рис. 1 говорить про те, що верхній і нижній кварки просто складають по 1/3 від маси протона і нейтрона: близько 0,313 ГеВ/с 2 або через енергію, необхідну для утримання кварків в протоні. І оскільки різниця між масами протона та нейтрона становить частку відсотка, різниця між масами верхнього та нижнього кварку теж має становити частку відсотка.

Рис. 2 менш зрозумілий. Яка частина маси протона існує завдяки глюона? Але, в принципі, з малюнка випливає, що більшість маси протона все одно походить від маси кварків, як на рис. 1.

Рис. 3 відображає більш тонкий підхід до того, як насправді з'являється маса протона (як ми можемо перевірити безпосередньо через комп'ютерні обчислення протона, і не безпосередньо з використанням інших математичних методів). Він дуже відрізняється від ідей, представлених на рис. 1 і 2, і виявляється не таким простим.

Щоб зрозуміти, як це працює, потрібно думати не в термінах маси m протона, але в термінах його енергії маси E = mc 2 енергії, пов'язаної з масою. Концептуально правильним питаннямбуде не «звідки взялася маса протона m», після якого можна підрахувати E, помноживши m на c 2 , а навпаки: «звідки береться енергія маси протона E», після якого можна підрахувати масу m, розділивши E на c 2 .

Корисно класифікувати внески в енергію маси протона за трьома групами:

А) Енергія маси (енергія спокою) кварків і антикварків, що містяться в ньому (глюони, безмасові частинки, жодного вкладу не роблять).
Б) Енергія руху (кінетична енергія) кварків, антикварків та глюонів.
В) Енергія взаємодії (енергія зв'язку або потенційна енергія), що зберігається у сильній ядерній взаємодії (точніше, у глюонних полях), що утримують протон.

Рис. 3 говорить про те, що частинки всередині протона рухаються з великою швидкістю і що в ньому повно безмасових глюонів, тому внесок Б) більший за А). Зазвичай, у більшості фізичних систем Б) та В) виявляються порівнянними, при цьому В) часто негативно. Так що енергія маси протона (і нейтрона) в основному виходить із комбінації Б) та В), а А) вносить малу частку. Тому маси протона і нейтрона з'являються в основному не через мас частинок, що містяться в них, а через енергій руху цих частинок і енергії їх взаємодії, пов'язаної з глюонними полями, що породжують сили, що утримують протон. У більшості інших знайомих нам систем баланс енергій розподілено по-іншому. Наприклад, в атомах та в Сонячної системидомінує А), а Б) і В) виходять набагато менше, і можна порівняти за величиною.

Підбиваючи підсумки, вкажемо, що:

• Рис. 1 передбачає, що енергія маси протона походить із внеску А).
• Рис. 2 передбачає, що важливі обидва внески А) та В), і трохи своєї частки вносить Б).
• Рис. 3 передбачає, що важливі Б) та В), а внесок А) виявляється незначним.

Нам відомо, що вірний рис. 3. Для його перевірки ми можемо провести комп'ютерні симуляції, І, що найважливіше, завдяки різним переконливим теоретичним аргументам, ми знаємо, що якби маси верхнього і нижнього кварків були нульовими (а решта залишилося, як є), маса протона мало б змінилася. Отже, зважаючи на все, маси кварків не можуть робити важливі вклади в масу протона.

Якщо рис. 3 не бреше, маси кварка та антикварка дуже малі. Які вони насправді? Маса верхнього кварку (як і антикварка) вбирається у 0,005 ГеВ/с 2 , що набагато менше, ніж 0,313 ГеВ/с 2 , що випливає з рис. 1. (Масу верхнього кварка важко виміряти, і це значення змінюється через тонкі ефекти, так що вона може виявитися набагато меншою, ніж 0,005 ГеВ/с 2). Маса нижнього кварку приблизно на 0,004 ГеВ/с 2 більша за масу верхнього. Це означає, що маса будь-якого кварку чи антикварка не перевищує одного відсотка маси протона.

Зверніть увагу, що це означає (суперечливо рис. 1), що відношення маси нижнього кварка до верхнього не наближається до одиниці! Маса нижнього кварку як мінімум вдвічі перевищує масу верхнього. Причина того, що маси нейтрона і протона такі схожі, не в тому, що схожі маси верхнього і нижнього кварків, а в тому, що маси верхнього і нижнього кварків дуже малі - і різниця між ними мала, по відношенню до мас протона і нейтрона. Згадайте, що для перетворення протона на нейтрон, вам потрібно просто замінити один з його верхніх кварків на нижній (рис. 3). Цієї заміни достатньо для того, щоб зробити нейтрон трохи важчим за протон, і поміняти його заряд з +е на 0.

До речі, той факт, що різні частинки всередині протона стикаються один з одним, і постійно з'являються і зникають, не впливає на речі, що обговорюються - енергія зберігається в будь-якому зіткненні. Енергія маси та енергія руху кварків і глюонів може змінюватися, як і енергія їхньої взаємодії, але загальна енергія протона не змінюється, хоча все всередині нього постійно змінюється. Так що маса протона залишається постійною, незважаючи на його внутрішній вихор.

На цьому моменті можна зупинитися та вбрати отриману інформацію. Вражаюче! Практично вся маса, що міститься у звичайній матерії, походить з маси нуклонів в атомах. І більша частина цієї маси походить з хаосу, властивого протону і нейтрону – з енергії руху кварків, глюонів та антикварків у нуклонах, та з енергії роботи сильних ядерних взаємодій, що утримують нуклон у цілому стані. Так: наша планета, наші тіла, наше дихання є результатом такого тихого, і, донедавна, неймовірного стовпотворіння.

Як зазначалося, атом складається з трьох видів елементарних частинок: протонів, нейтронів і електронів. Атомне ядро ​​- центральна частина атома, що складається з протонів та нейтронів. Протони та нейтрони мають загальна названуклон, в ядрі вони можуть перетворюватися один на одного. Ядро найпростішого атома – атома водню – складається з однієї елементарної частинки – протона.

Діаметр ядра атома дорівнює приблизно 10-13 – 10-12 см і становить 0,0001 діаметра атома. Однак практично вся маса атома (99,95-99,98%) зосереджена в ядрі. Якби вдалося отримати 1 см3 чистої ядерної речовини, маса його становила б 100-200 млн.т. Маса ядра атома в кілька тисяч разів перевершує масу всіх електронів, що входять до складу атома.

Протон- Елементарна частка, ядро ​​атома водню. Маса протона дорівнює 1,6721 х 10-27 кг, вона в 1836 разів більша за масу електрона. Електричний заряд позитивний і дорівнює 1,66 х 10-19 Кл. Кулон - одиниця електричного заряду, що дорівнює кількості електрики, що проходить через поперечний перерізпровідника за час 1с за постійної сили струму 1А (ампер).

Кожен атом будь-якого елемента містить у ядрі певна кількістьпротонів. Це число постійне для даного елементаі визначає його фізичні та Хімічні властивості. Тобто, від кількості протонів залежить, з яким хімічним елементом ми маємо справу. Наприклад, якщо в ядрі один протон – це водень, якщо 26 протонів – це залізо. Число протонів в атомному ядрі визначає заряд ядра (зарядове число Z) та порядковий номер елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва (атомний номер елемента).

Нейтрон- Електрично нейтральна частка з масою 1,6749 х 10-27кг, в 1839 разів більше маси електрона. Нейрон у вільному стані - нестабільна частка, він самостійно перетворюється на протон з випромінюванням електрона та антинейтрино. Період напіврозпаду нейтронів (час, протягом якого розпадається половина первісної кількості нейтронів) дорівнює приблизно 12 хв. Однак у пов'язаному станівсередині стабільних атомних ядервін стабільний. Загальне числонуклонів (протонів та нейтронів) в ядрі називають масовим числом (атомною масою - А). Число нейтронів, що входять до складу ядра, дорівнює різниці між масовим та зарядовим числами: N = A – Z.

Електрон- елементарна частка, носій найменшої маси - 0,91095х10-27г та найменшого електричного заряду - 1,6021х10-19 Кл. Це негативно заряджена частка. Число електронів у атомі дорівнює числу протонів у ядрі, тобто. атом електрично нейтральний.

Позитрон- елементарна частка з позитивним електричним зарядом, античастинка до електрона. Маса електрона та позитрона рівні, а електричні заряди рівні за абсолютною величиною, але протилежні за знаком.

Різні типи ядер називають нуклідами. Нуклід - вид атомів із даними числами протонів і нейтронів. У природі існують атоми одного й того самого елемента з різною атомною масою (масовим числом):
, Cl і т.д. Ядра цих атомів містять однакове числопротонів, але різне числонейтронів. Різновиди атомів одного і того ж елемента, що мають однаковий заряд ядер, але різне масове число, називаються ізотопами . Маючи однакову кількість протонів, але відрізняючись кількістю нейтронів, ізотопи мають однакову будову електронних оболонок, тобто. дуже близькі хімічні властивості і займають одне й те саме місце у періодичній системі хімічних елементів.

Позначають символом відповідного хімічного елемента з розташованим зверху ліворуч індексом А - масовим числом, іноді ліворуч унизу наводиться також число протонів (Z). Наприклад, радіоактивні ізотопи фосфору позначають 32Р, 33Р або Р та Р відповідно. При позначенні ізотопу без вказівки символу елемента масове число наводиться після позначення елемента, наприклад фосфор - 32, фосфор - 33.

Більшість хімічних елементів має кілька ізотопів. Крім ізотопу водню 1Н-протию, відомий важкий водень 2Н-дей-терій та надважкий водень 3Н-трітій. У урану 11 ізотопів, природних сполукїх три (уран 238, уран 235, уран 233). У них по 92 протони і відповідно 146,143 та 141 нейтрон.

В даний час відомо понад 1900 ізотопів 108 хімічних елементів. З них до природних відносяться всі стабільні (їх приблизно 280) та природні ізотопи, що входять до складу радіоактивних сімей (їх 46). Інші відносяться до штучних, вони отримані штучним шляхом внаслідок різних ядерних реакцій.

Термін «ізотопи» слід застосовувати лише у випадках, коли мова йдепро атоми того самого елемента, наприклад, вуглецю 12С і 14С. Якщо маються на увазі атоми різних хімічних елементів, рекомендується використовувати термін «нукліди», наприклад, радіонукліди 90Sr, 131J, 137Cs.

Глава перша. ВЛАСТИВОСТІ СТАБІЛЬНИХ ЯДЕР

Вище вже було сказано, що ядро ​​складається з протонів та нейтронів, пов'язаних ядерними силами. Якщо вимірювати масу ядра в атомних одиницях маси, вона має бути близька до маси протона, помноженої на ціле число зване масовим числом. Якщо заряд ядра масове число то це означає, що до складу ядра входить протонів і нейтронів. (Число нейтронів у складі ядра позначається зазвичай через

Ці властивості ядра відображені у символічних позначеннях, які будуть використані надалі у вигляді

де X - назва елемента, атому якого належить ядро ​​(наприклад, ядра: гелію - , кисню - , заліза - урану

До основних характеристик стабільних ядер можна віднести: заряд, масу, радіус, механічний і магнітний моменти, спектр збуджених станів, парність і квадрупольний момент. Радіоактивні (нестабільні) ядра додатково характеризуються часом життя, типом радіоактивних перетворень, енергією часток, що випускаються, і рядом інших спеціальних властивостей, про які буде сказано далі.

Насамперед розглянемо властивості елементарних частинок, у тому числі складається ядро: протона і нейтрона.

§ 1. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОТОНУ І НЕЙТРОНУ

Маса.В одиницях маси електрона: маса протону маса нейтрону.

В атомних одиницях маси: маса протону маса нейтрону

В енергетичних одиницях маса спокою протона маса спокою нейтрону

Електричний заряд. q - параметр, що характеризує взаємодію частинки з електричним полем, виражається в одиницях заряду електрона де

Всі елементарні частинки несуть кількість електрики, що дорівнює або 0, або Заряд протона Заряд нейтрону дорівнює нулю.

Спін.Спини протона і нейтрона рівні Обидві частинки є ферміонами і підпорядковуються статистиці Фермі-Дірака, отже, і принципу Паулі.

Магнітний моментЯкщо підставити формулу (10), визначальну магнітний момент електрона замість маси електрона масу протона, отримаємо

Розмір називається ядерним магнітоном. Можна було припустити за аналогією з електроном, що спиновий магнітний момент протона дорівнює Проте досвід показав, що власний магнітний момент протона більший за ядерний магнетон: за сучасними даними

Крім того, виявилося, що незаряджена частка - нейтрон - також має магнітний момент, відмінний від нуля і рівний

Наявність магнітного моменту у нейтрону велике значеннямагнітного моменту у протона суперечать припущенням про точність цих частинок. Ряд експериментальних даних, отриманих у Останніми роками, свідчить про те, що і протон і нейтрон мають складну неоднорідну структуру. У центрі нейтрона у своїй перебуває позитивний заряд, але в периферії рівний йому за величиною розподілений обсягом частки негативний заряд. Але оскільки магнітний момент визначається не тільки величиною обтікаючого струму, а й площею, що охоплюється ним, то створювані ними магнітні моменти не будуть рівні. Тому нейтрон може мати магнітний момент, залишаючись в цілому нейтральним.

Взаємні перетворення нуклонів.Маса нейтрону більша за масу протона на 0,14%, або на 2,5 маси електрона,

У вільному стані нейтрон розпадається на протон, електрон та антинейтрино: Середній час життя його близько 17 хв.

Протон – частка стабільна. Однак усередині ядра він може перетворюватися на нейтрон; при цьому реакція йде за схемою

Різниця в масах частинок, що стоять ліворуч і праворуч, компенсується за рахунок енергії, що повідомляється протону іншими нуклонами ядра.

Протон і нейтрон мають однакові спини, майже однакові маси і можуть перетворюватися одна на одну. Надалі буде показано, що і ядерні сили, що діють між цими частинками попарно, також однакові. Тому їх називають загальним найменуванням- нуклон і кажуть, що нуклон може бути в двох станах: протон і нейтрон, що відрізняються своїм ставленням до електромагнітного поля.

Нейтрони та протони взаємодіють завдяки існуванню ядерних сил, що мають неелектричну природу. Своїм походженням ядерні сили зобов'язані обміну мезонами. Якщо зобразити залежність потенційної енергії взаємодії протона і нейтрона малих енергій від відстані між ними, то приблизно вона матиме вигляд графіка, представленого на рис. 5, а, тобто має форму потенційної ями.

Рис. 5. Залежність потенційної енергії взаємодії від відстані між нуклонами: а – для пар нейтрон – нейтрон або нейтрон – протон; б - для пари протон - протон

§1. Знайомтесь: електрон, протон, нейтрон

Атоми – найдрібніші частинки речовини.
Якщо збільшити до розмірів Земної куліяблуко середньої величини, то атоми стануть розміром лише з яблуко. Незважаючи на такі малі розміри, атом складається з ще дрібніших фізичних частинок.
З будовою атома ви повинні бути вже знайомі зі шкільного курсу фізики. І все-таки нагадаємо, що у складі атома є ядро ​​та електрони, які обертаються навколо ядра так швидко, що стають нерозрізняними – утворюють "електронну хмару", або електронну оболонкуатома.

Електрониприйнято позначати так: e − . Електрони e− дуже легкі, майже невагомі, зате мають негативнийелектричний заряд. Він дорівнює -1. Електричний струм, Яким усі ми користуємося - це потік електронів, що біжить у дротах.

Ядро атома, в якому зосереджена майже вся його маса, складається з частинок двох сортів – нейтронів та протонів.

Нейтронипозначають так: n 0 , а протонитак: p + .
За масою нейтрони та протони майже однакові - 1,675 · 10 -24 г та 1,673 · 10 -24 г.
Правда, рахувати масу таких маленьких частинок у грамах дуже незручно, тому її виражають у вуглецевих одиницях, Кожна з яких дорівнює 1,673 · 10 -24 р.
Для кожної частки одержують відносну атомну масу, рівну приватному від розподілу маси атома (у грамах) на масу вуглецевої одиниці. Відносні атомні масипротона і нейтрону дорівнюють 1, а ось заряд у протонів позитивний і дорівнює +1, тоді як у нейтронів заряду немає.

. Загадки про атом

Атом можна зібрати "в умі" з частинок, як іграшку або машинку з деталей дитячого конструктора. Треба тільки при цьому дотримуватися двох важливих умов.

• Перша умова: кожному виду атомів відповідає свій власний набір"деталей" - елементарних частинок. Наприклад, в атомі водню обов'язково буде ядро ​​з позитивним зарядом +1, отже, у ньому обов'язково має бути один протон (і більше).
  В атомі водню можуть бути нейтрони. Про це - у наступному параграфі.
  Атом кисню (порядковий номер у Періодичній системі дорівнює 8) матиме ядро, заряджене вісьмоюпозитивними зарядами (+8), - отже, там вісім протонів. Оскільки маса атома кисню дорівнює 16 відносних одиниць, щоб отримати ядро ​​кисню, додамо ще 8 нейтронів.
• Друга умоваполягає в тому, щоб кожен атом виявився електронейтральним. Для цього в ньому має бути електронів стільки, щоб урівноважити заряд ядра. Інакше кажучи, число електронів в атомі дорівнює числу протоніву його ядрі, а також порядковому номеру цього елемента у Періодичній системі.