Keling, proton, neytron va elektronlarni qanday topish haqida gapiraylik. Elementar zarralar

Tarjima

Har bir atomning markazida yadro, proton va neytron deb ataladigan zarrachalarning kichik to'plami joylashgan. Ushbu maqolada biz undan ham kichikroq zarrachalar - kvarklar, glyuonlar va antikvarklardan tashkil topgan proton va neytronlarning tabiatini o'rganamiz. (Glyuonlar, xuddi fotonlar kabi, o'zlarining antizarralaridir.) Kvarklar va glyuonlar, biz bilganimizdek, haqiqatan ham elementar bo'lishi mumkin (bo'linmas va kichikroq narsadan iborat emas). Ammo keyinroq ularga.

Ajablanarlisi shundaki, protonlar va neytronlar deyarli bir xil massaga ega - foizgacha:

proton uchun 0,93827 GeV/c 2,
Neytron uchun 0,93957 GeV/c 2.

Bu ularning tabiatining kalitidir - ular aslida juda o'xshash. Ha, ular orasida bitta aniq farq bor: proton musbat elektr zaryadiga ega, neytron esa zaryadga ega emas (u neytral, shuning uchun uning nomi). Shunga ko'ra, elektr kuchlari birinchisiga ta'sir qiladi, lekin ikkinchisiga emas. Bir qarashda, bu farq juda muhim ko'rinadi! Lekin aslida unday emas. Boshqa barcha ma'nolarda proton va neytron deyarli egizakdir. Ular nafaqat massalari, balki ichki tuzilishi ham bir xil.

Ular juda o'xshash bo'lgani uchun va bu zarralar yadrolarni tashkil qilgani uchun proton va neytronlar ko'pincha nuklonlar deb ataladi.

Protonlar taxminan 1920 yilda aniqlangan va tavsiflangan (garchi ular ilgari kashf etilgan bo'lsa ham; vodorod atomining yadrosi faqat bitta protondan iborat), neytronlar esa 1933 yilda topilgan. Protonlar va neytronlarning bir-biriga juda o'xshashligi deyarli darhol tushunildi. Ammo ularning yadro o'lchamiga (radiusdagi atomdan taxminan 100 000 marta kichik) o'lchanadigan o'lchamga ega ekanligi 1954 yilgacha ma'lum emas edi. Ularning kvarklar, antikvarklar va glyuonlardan tashkil topganligi 1960-yillarning oʻrtalaridan 1970-yillarning oʻrtalarigacha asta-sekin tushunilgan. 70-yillarning oxiri va 80-yillarning boshlariga kelib, protonlar, neytronlar va ular nimadan iboratligi haqidagi tushunchamiz asosan oʻrin egalladi va shu vaqtdan beri oʻzgarishsiz qoldi.

Nuklonlarni ta'riflash atomlar yoki yadrolarga qaraganda ancha qiyin. Bu atomlar printsipial jihatdan oddiy degani emas, lekin hech bo'lmaganda bittasi hech ikkilanmasdan aytish mumkinki, geliy atomi kichik geliy yadrosi atrofida orbitada bo'lgan ikkita elektrondan iborat; geliy yadrosi esa ikkita neytron va ikkita protondan iborat juda oddiy guruhdir. Ammo nuklonlar bilan hamma narsa unchalik oddiy emas. Men allaqachon “Proton nima va uning ichida nima bor?” maqolasida yozgan edim, atom nafis minuetga, nuklon esa yovvoyi partiyaga o'xshaydi.

Proton va neytronning murakkabligi haqiqatga o'xshaydi va to'liq bo'lmagan jismoniy bilimlardan kelib chiqmaydi. Bizda kvarklar, antikvarklar va glyuonlar hamda ular orasidagi kuchli yadro kuchlarini tasvirlash uchun ishlatiladigan tenglamalar mavjud. Ushbu tenglamalar "kvant xromodinamikasi" dan QCD deb ataladi. Tenglamalarning to'g'riligini turli yo'llar bilan, jumladan, Katta adron kollayderida paydo bo'ladigan zarrachalar sonini o'lchash orqali tekshirish mumkin. QCD tenglamalarini kompyuterga ulash va protonlar va neytronlar va boshqa shunga o'xshash zarralar (birgalikda "adronlar" deb ataladi) xususiyatlari bo'yicha hisob-kitoblarni amalga oshirish orqali biz ushbu zarrachalarning haqiqiy dunyoda o'tkazilgan kuzatishlarga yaqin bo'lgan xossalarini bashorat qilamiz. . Shunday ekan, QCD tenglamalari yolg‘on gapirmaydi va proton va neytron haqidagi bilimlarimiz to‘g‘ri tenglamalarga asoslanadi, deb ishonish uchun asosimiz bor. Ammo to'g'ri tenglamalarga ega bo'lishning o'zi etarli emas, chunki:

Oddiy tenglamalar juda murakkab echimlarga ega bo'lishi mumkin,
Ba'zan murakkab echimlarni oddiy tarzda tasvirlash mumkin emas.

Aytishimiz mumkinki, nuklonlarda aynan shunday: ular oddiy QCD tenglamalarining murakkab yechimlari bo‘lib, ularni bir-ikki so‘z yoki rasm bilan tasvirlab bo‘lmaydi.

Nuklonlarning o'ziga xos murakkabligi tufayli siz, o'quvchi, tanlov qilishingiz kerak bo'ladi: tasvirlangan murakkablik haqida qanchalik bilishni xohlaysiz? Qanchalik uzoqqa borsangiz ham, sizni qoniqtirmasligingiz mumkin: qanchalik ko'p o'rgansangiz, mavzu shunchalik tushunarli bo'ladi, ammo yakuniy javob o'zgarmaydi - proton va neytron juda murakkab. Men sizga uchta tushunish darajasini taklif qila olaman, bunda batafsil ma'lumotlar ko'payadi; har qanday darajadan keyin to'xtab, boshqa mavzularga o'tishingiz yoki oxirgi darajaga sho'ng'ishingiz mumkin. Har bir daraja men keyingi bosqichda qisman javob bera oladigan savollarni tug'diradi, ammo yangi javoblar yangi savollarni tug'diradi. Oxir-oqibat - men hamkasblarim va ilg'or talabalar bilan professional munozaralarda bo'lgani kabi - men sizni faqat haqiqiy tajribalar, turli xil ta'sirli nazariy dalillar va kompyuter simulyatsiyalaridan olingan ma'lumotlarga havola qila olaman.

Tushunishning birinchi darajasi

Proton va neytronlar nimadan iborat?

Guruch. 1: faqat ikkita yuqoriga va bitta pastga kvarkdan iborat protonlarning soddalashtirilgan versiyasi va faqat ikkita pastga va bitta yuqori kvarkdan iborat neytronlar

Vaziyatni soddalashtirish uchun ko'plab kitoblar, maqolalar va veb-saytlarda protonlar uchta kvarkdan (ikkitasi yuqoriga va bitta pastga) tashkil topganligi va figuraga o'xshash narsalarni chizishi aytilgan. 1. Neytron bir xil, faqat bitta yuqoriga va ikkita pastga kvarkdan iborat. Ushbu oddiy tasvir ba'zi olimlarning, asosan, 1960-yillarda nimaga ishonishini ko'rsatadi. Ammo tez orada ma'lum bo'ldiki, bu nuqtai nazar endi to'g'ri bo'lmagan darajada soddalashtirilgan.

Murakkab ma'lumot manbalaridan siz protonlar glyuonlar tomonidan ushlab turilgan uchta kvarkdan (ikkitasi yuqoriga va bitta pastga) iborat ekanligini bilib olasiz - va rasmga o'xshash rasm paydo bo'lishi mumkin. 2, bu erda glyuonlar kvarklarni ushlab turadigan buloqlar yoki iplar sifatida tortiladi. Neytronlar bir xil, faqat bitta yuqori kvark va ikkita pastga kvark.

Guruch. 2: takomillashtirish rasm. 1 protonda kvarklarni ushlab turadigan kuchli yadro kuchining muhim roliga urg'u berilganligi sababli.

Nuklonlarni ta'riflash unchalik yomon emas, chunki u glyuonlar hisobiga protonda kvarklarni ushlab turadigan kuchli yadro kuchining muhim rolini ta'kidlaydi (xuddi foton, yorug'likni tashkil etuvchi zarracha, elektromagnit kuch bilan bog'liq). Ammo bu ham chalkash, chunki u glyuonlar nima ekanligini va ular nima qilishini tushuntirmaydi.

Oldinga borish va narsalarni men qilgan tarzda tasvirlash uchun sabablar bor: proton uchta kvarkdan (ikkitasi yuqoriga va bitta pastga), bir guruh glyuonlardan va tog'li kvark-antikvark juftliklaridan (asosan yuqoriga va pastga kvarklardan) iborat. , lekin bir nechta g'alati narsalar ham bor). Ularning barchasi juda yuqori tezlikda (yorug'lik tezligiga yaqinlashib) oldinga va orqaga uchadi; bu butun to'plam kuchli yadro kuchi tomonidan birlashtiriladi. Men buni rasmda ko'rsatdim. 3. Neytronlar yana bir xil, lekin bitta yuqoriga va ikkita pastga kvarkga ega; egalik huquqini o'zgartirgan kvark o'q bilan ko'rsatilgan.

Guruch. 3: protonlar va neytronlarning haqiqiy tasviri, hali ham ideal emas

Bu kvarklar, antikvarklar va glyuonlar nafaqat oldinga va orqaga siljiydi, balki zarrachalarning yo'q bo'lib ketishi (bunda kvark va bir xil antikvark ikkita glyuonga yoki vitse-ga aylanadi) kabi jarayonlar orqali bir-biri bilan to'qnashadi va bir-biriga aylanadi. aksincha) yoki glyuonning yutilishi va emissiyasi (bunda kvark va glyuon to'qnashib, kvark va ikkita glyuon hosil qilishi mumkin yoki aksincha).

Ushbu uchta tavsifda umumiy nima bor:

Proton uchun ikkita yuqori kvark va pastga kvark (plyus boshqa narsa).
Neytron uchun bitta yuqoriga kvark va ikkita pastga kvark (plyus boshqa narsa).
Neytronlar uchun "boshqa narsa" protonlar uchun "boshqa narsa" bilan bir xil. Ya'ni, nuklonlarda xuddi shunday "boshqa narsa" mavjud.
Proton va neytron o'rtasidagi kichik massa farqi pastga kvark va yuqori kvark massalaridagi farq tufayli paydo bo'ladi.

Va shundan beri:

yuqori kvarklar uchun elektr zaryadi 2/3 e (bu erda e - protonning zaryadi, -e elektronning zaryadi),
Down kvarklar -1/3e zaryadga ega,
glyuonlar 0 zaryadga ega,
har qanday kvark va unga mos keladigan antikvarkning umumiy zaryadi 0 ga teng (masalan, pastga qarshi kvark +1/3e zaryadga ega, shuning uchun pastga kvark va pastga antikvark -1/3 e +1/ zaryadga ega bo'ladi. 3 e = 0),

Har bir raqam protonning elektr zaryadini ikkita yuqoriga va bitta pastga kvarkga belgilaydi va "boshqa narsa" zaryadga 0 qo'shadi. Xuddi shunday, neytron bir yuqoriga va ikkita pastga kvark tufayli nol zaryadga ega:

protonning umumiy elektr zaryadi 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
neytronning umumiy elektr zaryadi 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0 ga teng.

Bu tavsiflar quyidagicha farqlanadi:

nuklon ichida qancha "boshqa narsa" bor,
u erda nima qilyapti
nuklonning massa va massa energiyasi (E = mc 2, zarracha tinch bo'lganda ham u erda mavjud bo'lgan energiya) qaerdan keladi.

Atom massasining katta qismi va shuning uchun barcha oddiy moddalar proton va neytronlarda bo'lganligi sababli, bizning tabiatimizni to'g'ri tushunish uchun oxirgi nuqta juda muhimdir.

Guruch. 1-rasmda aytilishicha, kvarklar aslida nuklonning uchdan bir qismini ifodalaydi - xuddi proton yoki neytron kabi geliy yadrosining to'rtdan bir qismini yoki uglerod yadrosining 1/12 qismini tashkil qiladi. Agar bu rasm toʻgʻri boʻlsa, nuklondagi kvarklar nisbatan sekin (yorugʻlik tezligidan ancha sekinroq tezlikda) harakatlanib, ular oʻrtasida nisbatan kuchsiz kuchlar taʼsir qilar edi (garchi ularni oʻrnida ushlab turgan kuchli kuch boʻlsa ham). Kvarkning massasi, yuqoriga va pastga, keyin 0,3 GeV/c 2, ya'ni proton massasining uchdan bir qismiga teng bo'ladi. Ammo bu oddiy tasvir va u qo'ygan g'oyalar shunchaki noto'g'ri.

Guruch. 3. proton haqida butunlay boshqacha tasavvur beradi, chunki u orqali yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda zarrachalar qozoni o'tadi. Bu zarralar bir-biri bilan to'qnashadi va bu to'qnashuvlarda ularning ba'zilari yo'q bo'lib ketadi, boshqalari esa ularning o'rnida hosil bo'ladi. Glyuonlarning massasi yo'q, yuqori kvarklarning massalari taxminan 0,004 GeV/c 2, pastki kvarklarning massalari esa taxminan 0,008 GeV/c 2 - protondan yuzlab marta kam. Protonning massa energiyasi qayerdan kelib chiqadi, savol juda murakkab: uning bir qismi kvarklar va antikvarklar massasi energiyasidan, bir qismi kvarklar, antikvarklar va glyuonlarning harakat energiyasidan, bir qismi (ehtimol ijobiy bo'lishi mumkin). , ehtimol salbiy) kuchli yadroviy o'zaro ta'sirda saqlanadigan energiyadan, kvarklarni, antikvarklarni va glyuonlarni birga ushlab turadi.

Qaysidir ma'noda, rasm. 2-rasm o'rtasidagi farqni bartaraf etishga harakat qiladi. 1 va rasm. 3. Guruchni soddalashtiradi. 3, ko'plab kvark-antikvark juftlarini olib tashlash, ularni, qoida tariqasida, vaqtinchalik deb atash mumkin, chunki ular doimo paydo bo'ladi va yo'qoladi va kerak emas. Ammo bu nuklonlardagi glyuonlar protonlarni ushlab turuvchi kuchli yadro kuchining bevosita qismi ekanligi haqidagi taassurot qoldiradi. Va u protonning massasi qayerdan kelganini tushuntirmaydi.

Anjirda. 1 proton va neytronning tor ramkalaridan tashqari yana bir kamchilikka ega. U boshqa hadronlarning, masalan, pion va rho-mezonning ayrim xususiyatlarini tushuntirmaydi. Xuddi shu muammolar rasmda mavjud. 2.

Ushbu cheklovlar men o'quvchilarimga va veb-saytimda anjirdan rasmni berishimga olib keldi. 3. Lekin men sizni ogohlantirmoqchimanki, u ham ko'p cheklovlarga ega, men ularni keyinroq ko'rib chiqaman.

Shuni ta'kidlash kerakki, strukturaning o'ta murakkabligi shaklda ko'rsatilgan. 3 - kuchli yadro kuchi kabi kuchli kuch bilan birga ushlab turilgan ob'ektdan kutish kerak. Va yana bir narsa: kvark-antikvark juftlari guruhiga kirmaydigan uchta kvark (proton uchun ikkita yuqoriga va bitta pastga) ko'pincha "valentlik kvarklari" deb ataladi va kvark-antikvark juftlari "dengiz dengizi" deb ataladi. kvark juftlari." Bunday til ko'p hollarda texnik jihatdan qulaydir. Ammo bu noto'g'ri taassurot uyg'otadi, agar siz protonning ichiga qarasangiz va ma'lum bir kvarkni ko'rib chiqsangiz, u dengizning bir qismi yoki valentligini darhol aniqlashingiz mumkin. Buni amalga oshirish mumkin emas, oddiygina bunday yo'l yo'q.

Proton massasi va neytron massasi

Proton va neytronning massalari juda o'xshash bo'lgani uchun va proton va neytron faqat yuqori kvarkni pastga kvark bilan almashtirishda farq qilganligi sababli, ularning massalari bir xil tarzda ta'minlangan, bir xil manbadan kelganga o'xshaydi. , va ularning farqi yuqoriga va pastga kvarklar o'rtasidagi ozgina farqda yotadi. Ammo yuqoridagi uchta raqam proton massasining kelib chiqishi bo'yicha uchta turli xil qarashlar mavjudligini ko'rsatadi.

Guruch. 1-rasmda aytilishicha, yuqoriga va pastga kvarklar oddiygina proton va neytron massasining 1/3 qismini tashkil qiladi: taxminan 0,313 GeV/c 2 yoki kvarklarni protonda ushlab turish uchun zarur bo'lgan energiya tufayli. Proton va neytron massalari orasidagi farq foizning bir qismini tashkil qilganligi sababli, yuqoriga va pastga kvark massalari orasidagi farq ham foizning bir qismi bo'lishi kerak.

Guruch. 2 kamroq aniq. Glyuonlar tufayli proton massasining qancha qismi mavjud? Ammo, printsipial jihatdan, rasmdan ko'rinib turibdiki, proton massasining katta qismi hali ham rasmda bo'lgani kabi kvarklarning massasidan kelib chiqadi. bitta.

Guruch. 3 protonning massasi qanday paydo bo'lishiga nisbatan nozikroq yondashuvni aks ettiradi (biz to'g'ridan-to'g'ri protonni kompyuter hisob-kitoblari orqali tekshirishimiz mumkin, lekin bevosita boshqa matematik usullardan foydalanmasdan). Bu rasmda keltirilgan g'oyalardan juda farq qiladi. 1 va 2, va bu unchalik oddiy emas ekan.

Bu qanday ishlashini tushunish uchun protonning m massasi nuqtai nazaridan emas, balki uning massa energiyasi E = mc 2, massa bilan bog'liq energiya nuqtai nazaridan o'ylash kerak. Kontseptual jihatdan to'g'ri savol "proton massasi m qaerdan keladi" emas, shundan so'ng siz m ni c 2 ga ko'paytirish orqali E ni hisoblashingiz mumkin, aksincha: "proton massasi E ning energiyasi qaerdan keladi", shundan keyin E ni c 2 ga bo'lish orqali m massasini hisoblashingiz mumkin.

Proton massasi energiyasiga hissalarni uch guruhga bo'lish foydalidir:

A) Undagi kvarklar va antikvarklarning massa energiyasi (dam olish energiyasi) (glyuonlar, massasiz zarralar, hech qanday hissa qo'shmaydi).
B) Kvarklar, antikvarklar va glyuonlarning harakat energiyasi (kinetik energiyasi).
C) Protonni ushlab turgan kuchli yadroviy o'zaro ta'sirda (aniqrog'i, glyuon maydonlarida) saqlanadigan o'zaro ta'sir energiyasi (bog'lanish energiyasi yoki potensial energiya).

Guruch. 3 proton ichidagi zarrachalar katta tezlikda harakatlanishini va u massasiz glyuonlarga to'la ekanligini, shuning uchun B) ning hissasi A) dan katta ekanligini aytadi. Odatda, aksariyat jismoniy tizimlarda B) va C) solishtirish mumkin, C) esa ko'pincha salbiy. Shunday qilib, proton (va neytron) ning massa energiyasi asosan B) va C kombinatsiyasidan kelib chiqadi, A) kichik bir qismga hissa qo'shadi. Shuning uchun proton va neytronning massalari, asosan, ulardagi zarrachalarning massalari tufayli emas, balki bu zarralarning harakat energiyalari va ularning o'zaro ta'sir qilish energiyasini ushlab turadigan kuchlarni hosil qiluvchi glyuon maydonlari bilan bog'liqligi sababli paydo bo'ladi. proton. Bizga tanish bo'lgan ko'pgina boshqa tizimlarda energiya muvozanati boshqacha taqsimlanadi. Masalan, atomlarda va quyosh sistemasida A) hukmronlik qiladi, B) va C) esa kamroq olinadi va o'lchamlari bilan solishtirish mumkin.

Xulosa qilib shuni ta'kidlaymizki:

Guruch. 1 protonning massa energiyasi A) hissasidan kelib chiqqanligini ko'rsatadi.
Guruch. 2 A) va C) ikkala hissa muhim ekanligini va B) kichik hissa qo'shishini ko'rsatadi.
Guruch. 3 B) va C) muhim ekanligini, A) hissasi esa ahamiyatsiz ekanligini ko'rsatadi.

Biz guruchning to'g'ri ekanligini bilamiz. 3. Uni sinab ko'rish uchun biz kompyuter simulyatsiyasini amalga oshirishimiz mumkin va bundan ham muhimi, turli ishonchli nazariy dalillar tufayli biz bilamizki, agar yuqoriga va pastga kvarklarning massalari nolga teng bo'lsa (va hamma narsa avvalgidek qolsa), proton deyarli o'zgaradi. Shunday qilib, aftidan, kvarklarning massalari proton massasiga muhim hissa qo'sha olmaydi.

Agar rasm. 3 yolg'on emas, kvark va antikvarkning massalari juda kichik. Ular aslida qanday? Yuqori kvarkning (shuningdek, antikvarkning) massasi 0,005 GeV/c 2 dan oshmaydi, bu 0,313 GeV/c 2 dan ancha past, bu rasmdan kelib chiqadi. 1. (Yuqori kvarkning massasini o'lchash qiyin va nozik ta'sirlar tufayli o'zgarib turadi, shuning uchun u 0,005 GeV/c2 dan ancha kam bo'lishi mumkin). Pastki kvarkning massasi yuqoridagining massasidan taxminan 0,004 GeV/c 2 ga katta. Bu shuni anglatadiki, har qanday kvark yoki antikvarkning massasi proton massasining bir foizidan oshmaydi.

E'tibor bering, bu (1-rasmga zid ravishda) pastga kvark massasining yuqoridagi kvarkga nisbati birlikka yaqinlashmasligini anglatadi! Pastki kvarkning massasi yuqori kvarknikidan kamida ikki baravar ko'p. Neytron va proton massalarining o'xshashligining sababi yuqoriga va pastga kvarklarning massalari o'xshashligida emas, balki yuqoriga va pastga kvarklarning massalari juda kichik - va ular orasidagi farq kichik, nisbiydir. proton va neytron massalariga. Eslatib o'tamiz, protonni neytronga aylantirish uchun uning yuqoridagi kvarklaridan birini pastga kvark bilan almashtirish kifoya (3-rasm). Bu o'zgarish neytronni protondan bir oz og'irroq qilish va uning zaryadini +e dan 0 ga o'zgartirish uchun etarli.

Darvoqe, proton ichidagi turli zarrachalarning bir-biri bilan to‘qnashib turishi, doimo paydo bo‘lib, yo‘qolib turishi biz muhokama qilayotgan narsalarga ta’sir qilmaydi – har qanday to‘qnashuvda energiya saqlanib qoladi. Kvarklar va glyuonlarning massa energiyasi va harakat energiyasi, shuningdek, ularning o'zaro ta'sir qilish energiyasi o'zgarishi mumkin, lekin protonning umumiy energiyasi o'zgarmaydi, garchi uning ichidagi hamma narsa doimo o'zgarib turadi. Shunday qilib, protonning massasi, uning ichki girdobiga qaramay, doimiy bo'lib qoladi.

Shu nuqtada siz to'xtab, olingan ma'lumotni o'zlashtirishingiz mumkin. Ajoyib! Oddiy materiyadagi deyarli barcha massa atomlardagi nuklonlarning massasidan kelib chiqadi. Va bu massaning katta qismi proton va neytronga xos bo'lgan tartibsizlikdan - nuklonlardagi kvarklar, glyuonlar va antikvarklarning harakat energiyasidan va nuklonni butun holatida ushlab turadigan kuchli yadroviy o'zaro ta'sirlar ishining energiyasidan kelib chiqadi. Ha: bizning sayyoramiz, tanamiz, nafasimiz shunday sokin va yaqin-yaqingacha tasavvur qilib bo'lmaydigan pandemoniumning natijasidir.

NEYTRON(n) (lot. neuter — na u, na boshqasi) — elektri nolga teng boʻlgan elementar zarracha. zaryad va massa, proton massasidan bir oz kattaroq. Umumiy nom ostida proton bilan birga. Nuklon atom yadrolarining bir qismidir. H. 1/2 spinga ega va shuning uchun itoat qiladi Fermi - Dirac statistikasi(fermion hisoblanadi). oilaga tegishli adra-nov; ega barion soni B= 1, ya'ni guruhga kiritilgan barionlar.

Uni 1932-yilda J.Chedvik kashf etib, berilliy yadrolarini a-zarrachalar bilan bombardimon qilish natijasida paydo boʻladigan qattiq penetratsion nurlanish massasi taxminan protonnikiga teng boʻlgan elektr neytral zarrachalardan iborat ekanligini koʻrsatdi. 1932 yilda D. D. Ivanenko va V. Geyzenberglar atom yadrolari proton va H dan iborat degan gipotezani zaryaddan farqli ravishda ilgari surdilar. zarralar, H. osonlik bilan har qanday energiya va yuqori ehtimollik bilan yadrolar kirib yadro reaksiyalari ushlash (n,g), (n,a), (n, p), agar reaksiyadagi energiya balansi ijobiy bo'lsa. Ekzotermik ehtimoli sekinlashishi bilan ortadi H. teskari proportsional. uning tezligi. Tarkibida vodorod boʻlgan muhitda H.ni tutib olish reaksiyalarining sekinlashishi ehtimolini ortishi E.Fermi (E.Fermi) va uning hamkasblari tomonidan 1934-yilda H.ning ogʻir yadrolarning boʻlinishiga sabab boʻlish qobiliyati aniqlangan. 1938 yilda O. Gan (O. Han) va F. Strassmann (F. Strassman) tomonidan (qarang. yadro parchalanishi), yadro qurolini yaratish uchun asos bo'lib xizmat qildi va. Atom masofalari tartibidagi de-Broyl toʻlqin uzunligiga ega boʻlgan sekin neytronlarning materiya bilan oʻzaro taʼsirining oʻziga xosligi (rezonans effektlari, difraksiya va boshqalar) qattiq jismlar fizikasida neytron nurlarining keng qoʻllanilishiga asos boʻlib xizmat qiladi. (H.ning energiya boʻyicha tasnifi – tez, sekin, termal, sovuq, oʻta sovuq – sanʼatga qarang. neytron fizikasi.)

Erkin holatda H. beqaror - B-emirilishga uchraydi; n p + e - + v e; uning ishlash muddati t n = 898(14) s, elektron spektrning chegaraviy energiyasi 782 keV ni tashkil qiladi (2-rasmga qarang). neytron beta parchalanishi). Bogʻlangan holatda barqaror yadrolarning bir qismi sifatida H. barqaror (eksperimental hisob-kitoblarga koʻra, uning yashash muddati 10 32 yildan oshadi). Asterga ko'ra. Koinotning koʻrinadigan materiyasining 15% ni 4 He yadrosi tarkibiga kiruvchi H. tashkil etishi taxmin qilinadi. H. asosiy hisoblanadi. komponent neytron yulduzlari. Tabiatdagi erkin H. radioaktiv yemirilishning a-zarralari natijasida yuzaga keladigan yadro reaksiyalarida hosil boʻladi, kosmik nurlar va og'ir yadrolarning o'z-o'zidan yoki majburiy bo'linishi natijasida. San'at. H. manbalari hisoblanadi yadroviy reaktorlar, yadro portlashlari, protonlarning tezlatgichlari (energetika uchun qarang) va og'ir elementlardan yasalgan nishonlarga ega elektronlar. Energiyasi 14 MeV boʻlgan monoxromatik nurlarning H. manbalari kam energiyali. tritiy yoki litiy nishoniga ega deytron tezlatgichlari va kelajakda CTSning termoyadro qurilmalari bunday H ning kuchli manbalariga aylanishi mumkin. (Sm. .)

Asosiy xususiyatlar H.

Og'irligi h. t p = 939,5731(27) MeV/c 2 = = 1,008664967(34) da. birliklar massasi 1,675. 10 -24 g.H. va proton massalari orasidagi farq maks.dan oʻlchandi. energetikdan aniqlik. proton bilan H. tutib olish reaksiyasining muvozanati: n + p d + g (g-kvant energiyasi = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c 2.

Elektr zaryadi H. Q n = 0. Eng aniq to'g'ridan-to'g'ri o'lchovlar Q n elektrostatikda sovuq yoki oʻta sovuq H. nurlarining burilish yoʻli bilan bajariladi. maydon: Q n<= 3·10 -21 uni elektron zaryaddir). Cosv. elektr ma'lumotlari. makroskopik neytrallik. gaz miqdori beradi Qn<= 2 10 -22 e.

Spin H. J= 1/2 bir jinsli boʻlmagan magnit maydonda H.ni nurning boʻlinishi boʻyicha bevosita tajribalar natijasida aniqlandi. maydonni ikki komponentga ajrating [umumiy holatda komponentlar soni (2 J + 1)].

Mos keluvchi zamonaviy asosida adronlar tuzilishining tavsifi. kuchli o'zaro ta'sir nazariyasi - kvant xromodinamikasi- nazariy jihatdan javob beradi. Biroq, ko'pchilik uchun qiyinchiliklar vazifalari ancha qoniqarli. natijalar elementar ob'ektlar sifatida ifodalangan nuklonlarning mezon almashinuvi orqali o'zaro ta'sirining tavsifini beradi. Tajriba. bo'shliqlarni o'rganish. tuzilishi H. yuqori energiyali leptonlarning (zamonaviy nazariyada nuqta zarralari sifatida qaraladigan elektronlar, muonlar, neytrinolar) deytronlarga tarqalishi yordamida amalga oshiriladi. Protonda sochilishning hissasi chuqurlikda o'lchanadi. tajriba va def yordamida ayirish mumkin. hisoblash. protseduralar.

Elektronlarning deytronda elastik va kvazelastik (deytronning bo'linishi bilan) tarqalishi elektr zichligining taqsimlanishini topishga imkon beradi. zaryad va magnit. moment H. ( shakl omili H.). Tajribaga ko'ra, magnit zichlikning taqsimlanishi. moment H. bir necha tartibning aniqligi bilan. foiz elektr zichligi taqsimotiga to'g'ri keladi. proton zaryadiga ega va RMS radiusi ~0,8·10 -13 sm (0,8 F) ga teng. Magn. shakl omil H. juda yaxshi atalmish tomonidan tasvirlangan. dipol f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2 , bu yerda q 2 - o'tkazilgan impulsning kvadrati (GeV/c) 2 .

Elektrning kattaligi haqidagi savol yanada murakkabroq. (zaryad) shakl omili H. G E n. Deytron tomonidan sochilish bo'yicha tajribalardan shunday xulosaga kelish mumkin G E n ( q 2 ) <= O'tkazilgan impulslarning kvadratlari oralig'ida 0,1 (0-1) (GeV/c) 2 . Da q 2 0 nol elektr tufayli. zaryad H. G E n- > 0, lekin eksperimental ravishda aniqlash mumkin dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Bu qiymat maks. aniq o'lchovlardan topilgan tarqalish uzunligi H. ogʻir atomlarning elektron qobigʻida. Asosiy bu shovqinning bir qismi magnit bilan belgilanadi. moment H. Maks. aniq tajribalar ne-tarqalish uzunligini beradi lekin ne = -1,378(18) . 10 -16 sm, bu hisoblanganidan farq qiladi, magn tomonidan aniqlanadi. moment H.: a yo'q \u003d -1,468. 10 -16 sm. Ushbu qiymatlar orasidagi farq o'rtacha kvadrat elektrni beradi. radiusi 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. Ma'lumotlar parchalanishining katta tarqalishi tufayli bu raqamlarni yakuniy deb hisoblash mumkin emas. berilgan xatolardan oshib ketadigan tajribalar.

H.ning koʻpchilik yadrolari bilan oʻzaro taʼsirining xususiyati ijobiydir. koeffitsientga olib keladigan sochilish uzunligi. sinishi< 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. neytron optikasi).

H. va kuchsiz (elektroweak) oʻzaro taʼsir. Elektr zaif o'zaro ta'sir haqida muhim ma'lumot manbai erkin H ning b-emirilishidir. Kvark darajasida bu jarayon o'tishga to'g'ri keladi. Elektronning proton bilan o'zaro ta'sirining teskari jarayoni deyiladi. teskari b-emirilish. Bu jarayonlar sinfiga kiradi elektron suratga olish, yadrolarda sodir bo'lgan, re - n v e.

Kinematikani hisobga olgan holda erkin H.ning yemirilishi. parametrlar ikkita konstanta - vektor bilan tavsiflanadi G V, bu tufayli vektor oqimining saqlanishi universal kuchsiz ta'sir konstantasi va eksenel vektor G A, uning qiymati nuklonning kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi komponentlari - kvarklar va glyuonlarning dinamikasi bilan belgilanadi. Dastlabki H. va oxirgi proton va izotopik tufayli oʻtish matritsasi elementi n p toʻlqin funksiyalari. o'zgarmasliklar juda aniq hisoblangan. Natijada, konstantalarni hisoblash G V Va G A erkin H.ning yemirilishidan (yadrolarning b-yemirilishidan olingan hisob-kitoblardan farqli oʻlaroq) yadro strukturaviy omillarini hisobga olish bilan bogʻliq emas.

H.ning ayrim tuzatishlarni hisobga olmagan holda yashash muddati: t n = kg 2 V+ 3G 2 A) -1 , qaerda k kinematik. omillar va b-emirilishning chegaraviy energiyasiga qarab Kulon tuzatishlari va radiatsiyaviy tuzatishlar.

Polarizatorlarning parchalanish ehtimoli. H. aylanish bilan S , elektron va antineytrinoning energiyalari va momentlari va R e, odatda quyidagi ifoda bilan tavsiflanadi:

Koef. korrelyatsiyalar a, A, B, D parametr funksiyasi sifatida ifodalanishi mumkin a = (G A/G V,)exp( i f). Faza f nolga teng emas yoki p bo'lsa T- o'zgarmaslik buziladi. Jadvalda. tajribalar beriladi. Ushbu koeffitsientlar uchun qiymatlar. va natijada olingan qiymatlar a va f.

Ma'lumotlar o'rtasida sezilarli farq bor t n uchun tajribalar, bir necha yetib. foiz.

Yuqori energiyalarda H. ishtirokidagi elektrozaif oʻzaro taʼsirni tavsiflash nuklonlarning tuzilishini hisobga olish zarurati tufayli ancha qiyin. Masalan, m - qo'lga olish, m - p n v m kamida ikki marta doimiylar soni bilan tavsiflanadi. H. leptonlar ishtirokisiz boshqa adronlar bilan ham elektr kuchsiz oʻzaro taʼsir qiladi. Bu jarayonlarga quyidagilar kiradi.

1) Giperonlarning yemirilishi L np 0 , S + np + , S - np - va hokazo. g'alati bo'lmagan zarrachalarga qaraganda bir necha marta kichikroqdir, bu Cabibbo burchagini kiritish orqali tasvirlangan (1-rasmga qarang). kabibbo burchagi).

2) Bo'shliqlarni saqlamaydigan yadro kuchlari sifatida namoyon bo'ladigan zaif o'zaro ta'sir n - n yoki n - p. paritet.Ular keltirib chiqaradigan ta'sirlarning odatdagi kattaligi 10 -6 -10 -7 ga teng.

H. ning oʻrta va ogʻir yadrolar bilan oʻzaro taʼsiri bir qancha xususiyatlarga ega boʻlib, baʼzi hollarda sezilarli darajaga olib keladi. effektlarni kuchaytirish yadrolarda paritetning saqlanmaganligi. Ushbu ta'sirlardan biri bog'liq. H. c ning tarqalish yo'nalishi bo'yicha va unga qarshi yutilish kesimi o'rtasidagi farq, 139 La yadro holatida \u003d 1,33 eV da 7% ga to'g'ri keladi. R-to'lqin neytron rezonansi. Kuchaytirishning sababi past energiyaning kombinatsiyasi. birikma yadrosi holatlarining kengligi va bu birikma yadrosida qarama-qarshi paritetli sathlarning yuqori zichligi, yadrolarning past joylashgan holatlariga qaraganda turli xil paritetga ega bo'lgan komponentlarning 2-3 darajali ko'proq aralashishini ta'minlaydi. Natijada, bir qator effektlar: tutilgan polarizatorlarning spiniga nisbatan g-kvantlarning emissiyasining assimetriyasi. H. reaksiyada (n, g), zaryad emissiyasi assimetriyasi. zarrachalar reaktsiyadagi birikma holatlarining parchalanishi (n, p) yoki reaktsiyada engil (yoki og'ir) bo'linish fragmentining emissiyasining assimetriyasi (n, p) f). Asimmetriyalar issiqlik energiyasida 10 -4 -10 -3 qiymatiga ega H. In R-to'lqin neytron rezonanslari qo'shimcha ravishda amalga oshiriladi. ushbu birikma holatining paritetni saqlaydigan komponentining hosil bo'lish ehtimolini bostirish bilan bog'liq kuchayish (kichik neytron kengligi tufayli) R-rezonans) qarama-qarshi paritetga ega bo'lgan nopoklik komponentiga nisbatan s-rezonans-mumbalik. Bu bir nechtasining kombinatsiyasi Kuchaytirish omili o'ta zaif ta'sirni yadroviy o'zaro ta'sirga xos bo'lgan qiymat bilan namoyon bo'lishiga imkon beradi.

Baryon raqami o'zaro ta'sirlarni buzadi. Nazariy modellar buyuk birlashuv Va qo'shimcha birlashmalar barionlarning beqarorligini bashorat qilish - ularning lepton va mezonlarga parchalanishi. Bu yemirilishlar faqat atom yadrolari tarkibiga kiruvchi eng yengil barionlar - p va n uchun sezilishi mumkin. Barion sonining 1 ga o'zgarishi bilan o'zaro ta'sir qilish uchun D B= 1, H. tipidagi transformatsiyani kutish mumkin: n e + p - , yoki g'alati mezonlar emissiyasi bilan transformatsiya. Bunday jarayonlarni izlash bir necha massali er osti detektorlari yordamida tajribalarda amalga oshirildi. ming tonna. Bu tajribalarga asoslanib, barion soni buzilgan H.ning yemirilish vaqti 10 32 yildan ortiq degan xulosaga kelish mumkin.

Dr. D bilan o'zaro ta'sirning mumkin bo'lgan turi IN= 2 o'zaro konversiya hodisasiga olib kelishi mumkin H. va antineytronlar vakuumda, ya'ni tebranishga . Tashqi bo'lmaganda maydonlar yoki ularning kichik qiymati bilan H. va antineytronning holatlari degenerativdir, chunki ularning massalari bir xil, shuning uchun hatto o'ta zaif o'zaro ta'sir ham ularni aralashtirishi mumkin. Extning kichikligi mezoni. maydonlar - magnitning o'zaro ta'sir energiyasining kichikligi. moment H. magn bilan. vaqt bilan aniqlangan energiyaga nisbatan maydon (n va n ~ belgisiga qarama-qarshi magnit momentlarga ega). T kuzatishlar H. (noaniqlik munosabati boʻyicha), D<=hT-bir. Reaktor yoki boshqa manbadan H. nurida antineytronlarning ishlab chiqarilishi kuzatilganda T H. detektorga uchish vaqtidir. Nurdagi antineytronlar soni parvoz vaqti bilan kvadratik ravishda ortadi: /N n ~ ~ (T/t osc) 2, bu yerda t osc - tebranish vaqti.

Yuqori oqimli reaktordan sovuq H. nurlarining hosil boʻlishini kuzatish boʻyicha bevosita tajribalar t osc > 10 7 s chegarani beradi. Kelgusi tajribalarda biz sezgirlikning t osc ~ 10 9 s darajasiga oshishini kutishimiz mumkin. Cheklovchi holatlar maks. nurlarning intensivligi H. va detektor kosmichdagi antineytronlar hodisalarini taqlid qilish. nurlar.

Dr. tebranishlarni kuzatish usuli - barqaror yadrolarda hosil bo'lishi mumkin bo'lgan antineytronlarning annigilyatsiyasini kuzatish. Bunda yadroda paydo boʻlayotgan antineytronning oʻzaro taʼsir energiyalari H. eff bogʻlanish energiyasidan katta farq qilganligi sababli. kuzatish vaqti ~ 10 -22 s ga aylanadi, lekin kuzatilgan yadrolarning ko'pligi (~ 10 32) H nurlari tajribasiga nisbatan sezgirlikning pasayishini qisman qoplaydi. yadro ichidagi antineytron, bu t osc > (1-3) . 10 7 b. Maxluqot. bu tajribalarda t osc chegarasini oshirishga fazoning o'zaro ta'siridan kelib chiqqan fon to'sqinlik qiladi. er osti detektorlarida yadroli neytrinolar.

Shuni ta'kidlash kerakki, D bilan nuklon parchalanishini qidirish B= 1 va -tebranishlarni qidirish mustaqil tajribalardir, chunki ular tubdan farq qiladi. o'zaro ta'sir turlari.

Gravitatsion o'zaro ta'sir H. Neytron tortishish maydoniga tushadigan bir nechta elementar zarralardan biridir. Yer maydonini eksperimental ravishda kuzatish mumkin. H. uchun toʻgʻridan-toʻgʻri oʻlchash 0,3% aniqlik bilan amalga oshiriladi va makroskopikdan farq qilmaydi. Muvofiqlik masalasi qolmoqda ekvivalentlik printsipi H. va protonlar uchun (inertial va tortishish massalarining tengliklari).

Eng aniq eksperimentlar Et-vesh usuli bo'yicha har xil bo'lgan jismlar uchun o'tkazildi. munosabat qiymatlari A/Z, qayerda LEKIN- da. xona, Z- yadrolarning zaryadi (elementar zaryad birliklarida e). Bu tajribalardan H. va protonlar uchun 2·10 -9 darajasida erkin tushishning bir xil tezlashishi va tortishish tengligi kuzatiladi. va ~10 -12 darajasida inertial massa.

Gravitatsiya tezlanish va sekinlashuv ultrasovuq H bilan tajribalarda keng qo'llaniladi. Gravitatsiyadan foydalanish sovuq va oʻta sovuq H. uchun refraktometr moddaga kogerent sochilish H. uzunligini katta aniqlik bilan oʻlchash imkonini beradi.

H. kosmologiya va astrofizikada

Zamonaviyga ko'ra Issiq olam modelidagi tasvirlar (qarang. issiq koinot nazariyasi) proton va H.ni oʻz ichiga olgan barionlarning hosil boʻlishi Olam hayotining birinchi daqiqalarida sodir boʻladi. Kelajakda parchalanishga ulgurmagan H.ning maʼlum qismi 4 He hosil boʻlgan protonlar tomonidan tutiladi. Bu holda vodorod va 4 He nisbati og'irligi bo'yicha 70% dan 30% gacha. Yulduzlarning shakllanishi va ularning evolyutsiyasi davrida, bundan keyin nukleosintez temir yadrolarigacha. Og'irroq yadrolarning paydo bo'lishi neytron yulduzlarning tug'ilishi bilan o'ta yangi yulduz portlashlari natijasida sodir bo'lib, ketma-ketlik imkoniyatini yaratadi. H. nuklidlar tomonidan tutilishi. Shu bilan birga, deb ataladigan kombinatsiya. s-jarayon - ketma-ket tutib olishlar orasida b-emirilish bilan H.ning sekin ushlanishi va r-jarayon - tez kuzatib borish. asosiy yulduzlarning portlashlari paytida qo'lga olish. kuzatilganini tushuntira oladi elementlarning ko'pligi kosmosda ob'ektlar.

Kosmikning asosiy komponentida H. nurlari, ehtimol, ularning beqarorligi tufayli yo'q. H. yer yuzasiga yaqin joyda hosil boʻlib, kosmosga tarqaladi. bo'shliq va u erda parchalanish, aftidan, elektron va proton tarkibiy qismlarining shakllanishiga yordam beradi radiatsiya kamarlari Yer.

Lit.: Gurevich I. S., Tarasov L. V., Past energiyali neytronlar fizikasi, M., 1965; Aleksandrov Yu.A.,. Neytronning asosiy xususiyatlari, 2-nashr, M., 1982 yil.

Keling, proton, neytron va elektronlarni qanday topish haqida gapiraylik. Atomda uch xil elementar zarrachalar mavjud bo'lib, ularning har biri o'ziga xos elementar zaryadga, massaga ega.

Yadroning tuzilishi

Protonlar, neytronlar va elektronlarni qanday topish mumkinligini tushunish uchun u atomning asosiy qismi ekanligini tasavvur qiling. Yadroning ichida nuklonlar deb ataladigan proton va neytronlar mavjud. Yadroning ichida bu zarralar bir-biriga o'tishi mumkin.

Masalan, undagi proton, neytron va elektronlarni topish uchun uning seriya raqamini bilish kerak. Agar davriy tizimni aynan shu element boshqarganligini hisobga olsak, uning yadrosida bitta proton mavjud.

Atom yadrosining diametri atomning umumiy hajmining o'n mingdan bir qismidir. U butun atomning asosiy qismini o'z ichiga oladi. Yadroning massasi atomda mavjud bo'lgan barcha elektronlar yig'indisidan minglab marta katta.

Zarrachalarning xarakteristikasi

Atomdagi proton, neytron va elektronlarni qanday topish mumkinligini ko'rib chiqing va ularning xususiyatlarini bilib oling. Proton vodorod atomining yadrosiga mos keladigan narsadir. Uning massasi elektrondan 1836 marta oshadi. Berilgan kesma bilan o'tkazgichdan o'tadigan elektr tokining birligini aniqlash uchun elektr zaryadidan foydalaning.

Har bir atomning yadrosida ma'lum miqdordagi protonlar mavjud. Bu berilgan elementning kimyoviy va fizik xususiyatlarini tavsiflovchi doimiy qiymatdir.

Uglerod atomida proton, neytron va elektronlarni qanday topish mumkin? Ushbu kimyoviy elementning atom raqami 6 ga teng, shuning uchun yadroda oltita proton mavjud. Sayyoralar tizimiga ko'ra, oltita elektron yadro atrofida orbita bo'ylab harakatlanadi. Uglerod (12) qiymatidan neytronlar sonini aniqlash uchun protonlar sonini (6) ayirib, oltita neytronni olamiz.

Temir atomi uchun protonlar soni 26 ga to'g'ri keladi, ya'ni bu element davriy jadvalda 26-seriya raqamiga ega.

Neytron elektr neytral zarracha bo'lib, erkin holatda beqaror. Neytron o'z-o'zidan musbat zaryadlangan protonga aylanib, antineytrino va elektronni chiqaradi. Uning o'rtacha yarimparchalanish davri 12 minut. Massa soni - bu atom yadrosidagi proton va neytronlar sonining yig'indisidir. Keling, ionda proton, neytron va elektronlarni qanday topish mumkinligini aniqlashga harakat qilaylik? Agar atom boshqa element bilan kimyoviy ta'sir o'tkazishda ijobiy oksidlanish holatiga ega bo'lsa, unda proton va neytronlar soni o'zgarmaydi, faqat elektronlar kichiklashadi.

Xulosa

Atomning tuzilishiga oid bir nechta nazariyalar mavjud edi, ammo ularning hech biri hayotiy emas edi. Rezerford tomonidan yaratilgan versiyadan oldin yadro ichidagi proton va neytronlarning joylashishi, shuningdek elektronlarning aylana orbitalarida aylanishi haqida batafsil tushuntirish yo'q edi. Atomning sayyora tuzilishi nazariyasi paydo bo'lgandan so'ng, tadqiqotchilar nafaqat atomdagi elementar zarrachalar sonini aniqlash, balki ma'lum bir kimyoviy elementning fizik-kimyoviy xususiyatlarini oldindan aytish imkoniyatiga ega bo'lishdi.

Butun moddiy dunyo, zamonaviy fizikaga ko'ra, uchta elementar zarrachadan qurilgan: proton, neytron va elektron. Bundan tashqari, ilm-fanga ko'ra, koinotda materiyaning boshqa "elementar" zarralari mavjud bo'lib, ularning ba'zi nomlari normadan aniq ko'proq. Shu bilan birga, bu boshqa “elementar zarralar”ning koinotning mavjudligi va rivojlanishidagi vazifasi aniq emas.

Elementar zarralarning boshqa talqinini ko'rib chiqing:

Moddaning faqat bitta elementar zarrasi - proton mavjud. Boshqa barcha "elementar zarralar", shu jumladan neytron va elektron, faqat protonning hosilalari bo'lib, ular koinot evolyutsiyasida juda kamtarona rol o'ynaydi. Keling, bunday "elementar zarralar" qanday hosil bo'lishini ko'rib chiqaylik.

Biz "" maqolasida moddaning elementar zarrasining tuzilishini batafsil ko'rib chiqdik. Elementar zarracha haqida qisqacha:

Moddaning elementar zarrasi kosmosda cho'zilgan ip shakliga ega.
Elementar zarracha cho'zishga qodir. Cho'zish jarayonida elementar zarracha ichidagi moddaning zichligi pasayadi.
Moddaning zichligi yarmiga tushadigan elementar zarrachaning kesimini biz chaqirdik materiya kvanti .
Harakat jarayonida elementar zarracha energiyani uzluksiz yutadi (katlama, ).
Energiyani yutish nuqtasi ( yo'q qilish nuqtasi ) elementar zarracha harakat vektorining uchida joylashgan.
Aniqroq: moddaning faol kvantining uchida.
Elementar zarracha energiyani yutib, oldinga siljish tezligini doimiy ravishda oshiradi.
Moddaning elementar zarrasi dipoldir. Bunda jozibador kuchlar zarrachaning oldingi qismida (harakat yo`nalishida), itaruvchi kuchlar esa orqa qismida to`plangan.

Kosmosda elementar bo'lish xususiyati nazariy jihatdan moddaning zichligini nolga tushirish imkoniyatini anglatadi. Va bu, o'z navbatida, uning mexanik yorilishi ehtimolini anglatadi: moddaning elementar zarrasining yorilishi joyini uning materiyaning nol zichligi bo'lgan kesimi sifatida ko'rsatish mumkin.

Annigilyatsiya (energiyaning yutilishi) jarayonida elementar zarracha, katlama energiyasi, kosmosda o'zining tarjima harakati tezligini doimiy ravishda oshiradi.

Galaktikaning evolyutsiyasi, oxir-oqibat, materiyaning elementar zarralarini ular bir-biriga yirtib tashlashga qodir bo'lgan paytga olib keladi. Elementar zarralar parallel kurslarda uchrashmasligi mumkin, agar bir zarra ikkinchisiga sekin va ravon yaqinlashsa, xuddi kema kabi iskala. Ular kosmosda va qarama-qarshi traektoriyalarda uchrashishlari mumkin. Keyin qattiq to'qnashuv va natijada elementar zarrachaning sinishi deyarli muqarrar. Ular energiya buzilishining juda kuchli to'lqini ostida qolishlari mumkin, bu ham yorilishga olib keladi.

Moddaning elementar zarrachasining yorilishi natijasida hosil bo'lgan "parchalar" qanday bo'lishi mumkin?

Keling, tashqi ta'sir natijasida moddaning elementar zarralari - deyteriy atomining proton va neytronga aylanganini ko'rib chiqaylik.

juft tuzilishi yorilishi ularning ulanish joyida sodir bo'lmaydi -. Juftlik tuzilishining ikkita elementar zarralaridan biri buziladi.

Proton va neytron tuzilishi jihatidan bir-biridan farq qiladi.

Proton - bu biroz qisqartirilgan (tanaffusdan keyin) elementar zarra,
neytron - bitta to'laqonli elementar zarrachadan va birinchi zarrachaning oldingi, engil uchidan iborat bo'lgan "dumba" dan iborat tuzilish.

To'liq elementar zarracha o'z tarkibida to'liq to'plamga ega - "N" modda kvantlari. Protonda "N-n" moddalar kvantlari mavjud. Neytronda "N + n" kvantlari mavjud.

Protonning harakati aniq. Moddaning oxirgi kvantini yo'qotgan bo'lsa ham, u energiyani faol ravishda davom ettiradi: uning yangi yakuniy kvantining materiya zichligi har doim yo'q qilish shartlariga mos keladi. Materiyaning bu yangi yakuniy kvanti yangi yo'q qilish nuqtasiga aylanadi. Umuman olganda, proton kutilganidek harakat qiladi. Protonlarning xossalari har qanday fizika darsligida yaxshi tasvirlangan. Faqat u o'zining "to'liq huquqli" hamkasbidan - moddaning to'liq elementar zarrasidan biroz engilroq bo'ladi.

Neytron o'zini boshqacha tutadi. Avval neytronning tuzilishini ko'rib chiqing. Aynan uning tuzilishi uning "g'alatiligini" tushuntiradi.

Umuman olganda, neytron ikki qismdan iborat. Birinchi qism materiyaning to'laqonli elementar zarrasi bo'lib, uning oldingi uchida annigilyatsiya nuqtasi mavjud. Ikkinchi qism - birinchi elementar zarrachaning kuchli qisqartirilgan, engil "cho'ntagi" bo'lib, qo'sh strukturaning yorilishidan keyin qolgan, shuningdek, yo'q qilish nuqtasiga ega. Bu ikki qism annigilyatsiya nuqtalari bilan o'zaro bog'langan. Shunday qilib, neytron qo'shaloq annigilyatsiya nuqtasiga ega.

Fikrlash mantig'i shuni ko'rsatadiki, neyronning bu ikki vaznli qismi boshqacha harakat qiladi. Agar toʻliq ogʻirlikdagi elementar zarra boʻlgan birinchi qism, kutilganidek, erkin energiyani yoʻq qilib, koinot fazosida asta-sekin tezlashsa, ikkinchi, yengil qism esa, yuqori tezlikda erkin energiyani yoʻq qila boshlaydi.

Moddaning elementar zarrasining kosmosdagi harakati quyidagilar tufayli amalga oshiriladi: tarqaladigan energiya uning oqimlariga tushgan zarrachani tortadi. Ma'lumki, moddaning zarrasi qanchalik massasi kamroq bo'lsa, energiya oqimlari bu zarrachani u bilan birga sudrab borishi qanchalik oson bo'lsa, bu zarraning tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Ko'rinib turibdiki, energiya miqdori bir vaqtning o'zida faol kvantni qanchalik ko'p katlasa, tarqaladigan energiya oqimlari qanchalik kuchli bo'lsa, bu oqimlarning zarrachani ular bilan birga sudrab borishi shunchalik oson bo'ladi. Biz qaramlikni olamiz: Materiya zarrasining kosmosdagi tarjima harakati tezligi uning faol kvantining materiya massasiga proportsional va materiya zarrasining umumiy massasiga teskari proportsionaldir. :

Neytronning ikkinchi, engil qismi materiyaning to'liq og'irlikdagi elementar zarrasi massasidan ko'p marta kichikroq massaga ega. Lekin ularning faol kvantlarining massalari teng. Ya'ni: ular energiyani bir xil tezlikda yo'q qiladi. Biz olamiz: neytronning ikkinchi qismining translatsiya harakati tezligi tez o'sishga moyil bo'ladi va u energiyani tezroq yo'q qila boshlaydi. (Chalkashlikka yo'l qo'ymaslik uchun biz neytronning ikkinchi, engil qismini elektron deb ataymiz).

neytronni chizish

Neytron tarkibida bo'lgan elektron tomonidan bir vaqtning o'zida yo'q qilinadigan energiyaning keskin ortib borishi neytronning inertligiga olib keladi. Elektron o'zining "qo'shnisi" - to'liq elementar zarradan ko'ra ko'proq energiyani yo'q qila boshlaydi. U hali umumiy neytronlarni yo'q qilish nuqtasidan ajralib chiqa olmaydi: kuchli tortishish kuchlari aralashadi. Natijada, elektron umumiy yo'q qilish nuqtasi orqasida "yeyishni" boshlaydi.

Shu bilan birga, elektron sherigiga nisbatan siljiy boshlaydi va uning erkin energiya konsentratsiyasi qo'shnisining yo'q qilish nuqtasining ta'sir zonasiga tushadi. Qaysi darhol bu qalinlashuvni "eyish" boshlanadi. Elektron va to'laqonli zarrachaning "ichki" resurslarga bunday o'tishi - annigilyatsiya nuqtasi orqasida bo'sh energiyaning kondensatsiyasi - neytronni tortish va qaytarish kuchlarining tez pasayishiga olib keladi.

Elektronning neytronning umumiy tuzilishidan ajralishi elektronning to'liq og'irlikdagi elementar zarrachaga nisbatan siljishi etarlicha kattalashganda, ikkita annigilyatsiya nuqtasining tortishish bog'larini buzishga moyil bo'lgan kuchdan oshib keta boshlagan paytda sodir bo'ladi. bu yo'q qilish nuqtalarining tortishish kuchi va neytronning (elektron) ikkinchi, engil qismi tezda uchib ketadi.

Natijada, neytron ikki birlikka parchalanadi: to'liq elementar zarracha - proton va moddaning elementar zarrasining engil, qisqargan qismi - elektron.

Zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra, bitta neytronning tuzilishi taxminan o'n besh daqiqa davomida mavjud. Keyin u o'z-o'zidan proton va elektronga parchalanadi. Bu o'n besh daqiqa neytronni yo'q qilishning umumiy nuqtasiga nisbatan elektronning siljishi va uning "erkinligi" uchun kurash vaqtidir.

Keling, ba'zi natijalarni sarhisob qilaylik:

PROTON - materiyaning to'laqonli elementar zarrasi bo'lib, uning bir yo'q bo'lib ketish nuqtasi yoki yorug'lik kvantlari ajratilgandan keyin qoladigan materiya elementar zarrasining og'ir qismi.
NEYTRON - qo'sh struktura bo'lib, ikkita annigilyatsiya nuqtasiga ega bo'lib, materiyaning elementar zarrasi va boshqa elementar zarraning engil, old qismidan iborat.
ELEKTRON - moddaning elementar zarrachasining yorilishi natijasida hosil bo'lgan yorug'lik kvantlaridan tashkil topgan, bitta annigilyatsiya nuqtasiga ega bo'lgan old qismi.
Fan tomonidan e'tirof etilgan "proton-neytron" strukturasi DEYTERIY ATOMidir, bu ikki elementar zarrachadan iborat bo'lib, ikki tomonlama annigilyatsiya nuqtasiga ega.

Elektron atom yadrosi atrofida aylanadigan mustaqil elementar zarracha emas.

Elektron, fanning fikriga ko'ra, atomning tarkibida emas.

Atom yadrosi esa tabiatda mavjud emas, xuddi materiyaning mustaqil elementar zarrasi shaklida neytron bo'lmagani kabi.

Elektron ham, neytron ham tashqi ta'sir natijasida ikkita teng bo'lmagan qismga bo'lingandan so'ng, ikkita elementar zarraning juft tuzilishi hosilalaridir. Har qanday kimyoviy element atomi tarkibida proton va neytron standart juft tuzilishdir - moddaning ikkita to'liq og'irlikdagi elementar zarralari - annigilyatsiya nuqtalari bilan birlashtirilgan ikkita proton..

Zamonaviy fizikada proton va elektronning teng, ammo qarama-qarshi elektr zaryadlari borligi haqidagi mustahkam pozitsiya mavjud. Go'yoki, bu qarama-qarshi zaryadlarning o'zaro ta'siri natijasida ular bir-biriga tortiladi. Juda mantiqiy tushuntirish. Bu hodisaning mexanizmini to'g'ri aks ettiradi, lekin u butunlay noto'g'ri - uning mohiyati.

Elementar zarrachalar musbat ham, manfiy ham «elektr» zaryadga ega emas, xuddi «elektr maydoni» shaklida materiyaning maxsus shakli mavjud emas. Bunday "elektr" insonning ixtirosi bo'lib, u mavjud vaziyatni tushuntirib bera olmasligidan kelib chiqadi.

Bir-biriga "elektr" va elektron aslida koinot fazosida oldinga siljishi natijasida ularni yo'q qilish nuqtalariga yo'naltirilgan energiya oqimlari orqali yaratilgan. Ular bir-birining tortishish kuchlarining ta'sir zonasiga tushganda. Bu haqiqatan ham kattaligi teng, lekin qarama-qarshi elektr zaryadlarining o'zaro ta'siriga o'xshaydi.

"o'xshash elektr zaryadlari", masalan: ikkita proton yoki ikkita elektron ham boshqacha tushuntirishga ega. Repulsiya zarralardan biri boshqa zarraning itaruvchi kuchlarining ta'sir zonasiga - ya'ni uning annigilyatsiya nuqtasi orqasidagi energiya kondensatsiyasi zonasiga kirganda sodir bo'ladi. Bu haqda oldingi maqolada yoritgan edik.

"Proton - antiproton", "elektron - pozitron" o'zaro ta'siri ham boshqacha tushuntirishga ega. Bunday o'zaro ta'sir orqali biz protonlar yoki elektronlar to'qnashuv kursida harakatlanayotganda ularning ruhining o'zaro ta'sirini tushunamiz. Bunday holda, ularning faqat tortishish orqali o'zaro ta'siri tufayli (hech qanday itarilish yo'q, chunki ularning har birining itarish zonasi ularning orqasida joylashgan), ularning qattiq aloqasi paydo bo'ladi. Natijada, ikkita proton (elektron) o'rniga biz mutlaqo boshqa "elementar zarrachalar" ni olamiz, ular aslida bu ikki proton (elektron) ning qattiq o'zaro ta'sirining hosilalaridir.

Moddalarning atom tuzilishi. Atom modeli

Atomning tuzilishini ko'rib chiqing.

Neytron va elektron - moddaning elementar zarralari sifatida - mavjud emas. Bu biz yuqorida muhokama qilgan narsadir. Shunga ko'ra: atomning yadrosi va uning elektron qobig'i yo'q. Bu xato materiya tuzilishini keyingi tadqiq qilish uchun kuchli to'siqdir.

Moddaning yagona elementar zarrasi faqat protondir. Har qanday kimyoviy elementning atomi moddaning ikkita elementar zarrachalarining juftlashgan tuzilmalaridan iborat (juftlashgan tuzilishga ko'proq elementar zarralar qo'shiladigan izotoplar bundan mustasno).

Keyinchalik fikr yuritish uchun umumiy yo'q qilish nuqtasi tushunchasini ko'rib chiqish kerak.

Moddaning elementar zarralari bir-biri bilan annigilyatsiya nuqtalari orqali o'zaro ta'sir qiladi. Bu o'zaro ta'sir moddiy tuzilmalarning paydo bo'lishiga olib keladi: atomlar, molekulalar, jismoniy jismlar ... Ularning umumiy atom yo'q bo'lib ketish nuqtasi, umumiy molekula yo'q qilish nuqtasi ...

UMUMIY YOQILISH NOKTASI - moddaning elementar zarrachalarining ikkita yagona yoʻq boʻlib ketish nuqtasini juft tuzilmaning umumiy yoʻq boʻlish nuqtasiga yoki juft tuzilmalarning umumiy yoʻq boʻlish nuqtalarini kimyoviy element atomining umumiy yoʻq boʻlish nuqtasiga birlashishi yoki umumiy yoʻq boʻlish nuqtasidir. kimyoviy elementlar atomlarining nuqtalari - molekulaning umumiy yo'q qilish nuqtasiga.

Bu erda asosiy narsa shundaki, materiya zarralarining birlashishi yagona integral ob'ekt sifatida tortishish va itarish vazifasini bajaradi. Oxir-oqibat, hatto har qanday jismoniy jismni ham ushbu jismoniy tananing umumiy yo'q qilish nuqtasi sifatida tasvirlash mumkin: bu tana boshqa jismoniy jismlarni yagona, yaxlit jismoniy ob'ekt sifatida, yagona yo'q qilish nuqtasi sifatida o'ziga tortadi. Bunday holda, biz tortishish hodisalarini olamiz - jismoniy jismlar orasidagi tortishish.

Galaktikaning rivojlanish sikli bosqichida, tortishish kuchlari etarlicha kattalashganda, deyteriy atomlarining boshqa atomlarning tuzilishiga birlashishi boshlanadi. Kimyoviy elementlarning atomlari ketma-ket shakllanadi, chunki materiyaning elementar zarralarining translatsiya harakati tezligi ortib boradi (o'qing: galaktikaning koinot fazosida tarjima harakati tezligi ortadi) elementar zarrachalarning yangi juft tuzilmalarini biriktirish orqali. materiyadan deyteriy atomiga.

Birlashish ketma-ket sodir bo'ladi: har bir yangi atomda moddaning elementar zarralarining bitta yangi juft tuzilishi paydo bo'ladi (kamroq, bitta elementar zarracha). Deyteriy atomlarining boshqa atomlarning tuzilishiga birikmasini bizga nima beradi:

Atomni yo'q qilishning umumiy nuqtasi paydo bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, bizning atomimiz boshqa barcha atomlar va elementar zarralar bilan yagona integral struktura sifatida tortishish va itarilish orqali o'zaro ta'sir qiladi.
Atomning bo'sh joyi paydo bo'ladi, uning ichida erkin energiya zichligi uning makonidan tashqaridagi erkin energiya zichligidan ko'p marta oshadi. Atom fazosi ichidagi bitta yo'q qilish nuqtasi orqasida juda yuqori energiya zichligi kuchli pasayishga vaqt topa olmaydi: elementar zarralar orasidagi masofalar juda kichik. Atom ichidagi bo'shliqdagi o'rtacha erkin energiya zichligi koinot fazosining erkin energiya zichligi konstantasi qiymatidan ko'p marta katta.

Kimyoviy elementlarning atomlarini, kimyoviy moddalar molekulalarini, fizik jismlarni qurishda moddiy zarralar va jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirning eng muhim qonuni namoyon bo'ladi:

Yadro ichidagi, kimyoviy, elektr, tortishish bog'larining mustahkamligi atom ichidagi annigilyatsiya nuqtalari orasidagi, molekulalar ichidagi atomlarning umumiy yo'q bo'lib ketish nuqtalari orasidagi, fizik jismlar ichidagi molekulalarning umumiy yo'q bo'lib ketish nuqtalari orasidagi, jismoniy jismlar orasidagi masofalarga bog'liq. Umumiy yo'q qilish nuqtalari orasidagi masofa qanchalik kichik bo'lsa, ular orasida shunchalik kuchli jozibali kuchlar harakat qiladi.

Bu aniq:

Yadro ichidagi bog'lanishlar deganda elementar zarralar va atomlar ichidagi juft tuzilmalar orasidagi o'zaro ta'sir tushuniladi.
Kimyoviy bog'lanish deganda molekulalar tuzilishidagi atomlarning o'zaro ta'siri tushuniladi.
Elektr bog'lanishlari deganda biz fizik jismlar, suyuqliklar, gazlar tarkibidagi molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirlarni tushunamiz.
Gravitatsion aloqalar deganda jismoniy jismlar orasidagi o'zaro ta'sirlarni tushunamiz.

Ikkinchi kimyoviy element – geliy atomining hosil bo‘lishi galaktika fazoda yetarlicha yuqori tezlikda tezlashganda sodir bo‘ladi.Ikki deyteriy atomining jozibador kuchi katta qiymatga yetganda, ular birikishiga imkon beradigan masofada yaqinlashadilar. geliy atomining to'rtta tuzilishi.

Galaktikaning progressiv harakati tezligining yanada oshishi keyingi (davriy jadvalga ko'ra) kimyoviy elementlarning atomlarining shakllanishiga olib keladi. Shu bilan birga: har bir kimyoviy element atomlarining genezisi koinot fazosida galaktikaning progressiv harakatining o'ziga xos, qat'iy belgilangan tezligiga mos keladi. Keling, unga qo'ng'iroq qilaylik kimyoviy element atomining hosil bo'lishining standart tezligi .

Geliy atomi galaktikada vodoroddan keyingi ikkinchi atomdir. Keyin, galaktikaning oldinga siljish tezligi oshgani sayin, deyteriyning keyingi atomi geliy atomiga o'tadi. Bu shuni anglatadiki, galaktikaning oldinga siljish tezligi litiy atomini hosil qilishning standart tezligiga yetdi. Keyin davriy sistemaga ko'ra berilliy, uglerod ... va hokazo atomining hosil bo'lishining standart tezligiga etadi.

atom modeli

Yuqoridagi diagrammada biz buni ko'rishimiz mumkin:

Atomdagi har bir davr juft tuzilmalar halqasidir.
Atom markazini doimo geliy atomining to'rtta tuzilishi egallaydi.
Xuddi shu davrning barcha juftlashgan tuzilmalari qat'iy bir xil tekislikda joylashgan.
Davrlar orasidagi masofalar bir davr ichidagi juft tuzilmalar orasidagi masofalardan ancha katta.

Albatta, bu juda soddalashtirilgan sxema va u atomlar qurilishining barcha voqeliklarini aks ettirmaydi. Masalan: atomni birlashtirgan har bir yangi juft tuzilma o'zi biriktirilgan davrning qolgan juft tuzilmalarini siqib chiqaradi.

Biz atomning geometrik markazi atrofida halqa shaklida davr qurish tamoyilini olamiz:

davr strukturasi bir tekislikda qurilgan. Bunga galaktikaning barcha elementar zarralarining translatsiya harakatining umumiy vektori yordam beradi.
bir xil davrdagi juft tuzilmalar atomning geometrik markazi atrofida teng masofada qurilgan.
atrofida yangi davr qurilgan atom bu yangi davrga yaxlit integral sistema sifatida harakat qiladi.

Shunday qilib, biz kimyoviy elementlarning atomlarini qurishda eng muhim qonuniyatga ega bo'lamiz:

JUFT TUZILMALARNING QAT’IY ANQLANGAN SONI MONTAJLILIGI: bir vaqtning o‘zida atomning umumiy yo‘q bo‘lish nuqtasining geometrik markazidan ma’lum masofada moddaning elementar zarrachalarining faqat ma’lum miqdordagi juft tuzilmalari joylashishi mumkin.

Ya'ni: davriy jadvalning ikkinchi, uchinchi davrlarida - har birida sakkizta element, to'rtinchi, beshinchi - o'n sakkiz, oltinchi, ettinchi - o'ttiz ikki. Atomning ortib borayotgan diametri har bir keyingi davrda juftlashgan tuzilmalar sonining ko'payishiga imkon beradi.

Ko'rinib turibdiki, bu qonuniyat D.I. tomonidan kashf etilgan kimyoviy elementlar atomlarini qurishda davriylik tamoyilini belgilaydi. Mendeleev.

Kimyoviy element atomi ichidagi har bir davr unga nisbatan yagona integral sistema sifatida harakat qiladi. Bu davrlar orasidagi masofalardagi sakrashlar bilan aniqlanadi: davr ichidagi juft tuzilmalar orasidagi masofadan ancha katta.

Vaqti tugallanmagan atom yuqoridagi qonuniyatga muvofiq kimyoviy faollikni namoyon qiladi. Chunki atomning tortishish va itarish kuchlari o'rtasida tortishish kuchlari foydasiga nomutanosiblik mavjud. Ammo oxirgi juftlik strukturasi qo'shilishi bilan muvozanat yo'qoladi, yangi davr muntazam doira shaklini oladi - u yagona, yaxlit, to'liq tizimga aylanadi. Va biz inert gaz atomini olamiz.

Atom tuzilishini qurishning eng muhim namunasi: atom tekislik kaskadiga egatuzilishi . Qandilga o'xshash narsa.

bir xil davrdagi juft tuzilmalar atomning translatsiya harakati vektoriga perpendikulyar bir tekislikda joylashgan bo'lishi kerak.
shu bilan birga, atomdagi davrlar kaskadlanishi kerak.

Bu nima uchun ikkinchi va uchinchi davrlarda (shuningdek, to'rtinchi - beshinchi, oltinchi - ettinchi) bir xil miqdordagi juftlashgan tuzilmalarni (quyidagi rasmga qarang) tushuntiradi. Atomning bunday tuzilishi elementar zarrachaning tortishish va itarilish kuchlarini taqsimlash natijasidir: jozibali kuchlar zarrachaning oldingi (harakat yo'nalishi bo'yicha) yarim sharida, itaruvchi kuchlar - orqa yarim sharda harakat qiladi..

Aks holda, ba'zi bir juft tuzilmalarning yo'q bo'lib ketish nuqtalari orqasidagi erkin energiya konsentratsiyasi boshqa juft tuzilmalarning yo'q qilish nuqtalarining tortishish zonasiga tushadi va atom muqarrar ravishda parchalanadi.

Quyida biz argon atomining sxematik hajmli tasvirini ko'ramiz

argon atomi modeli

Quyidagi rasmda biz atomning ikkita davri - ikkinchi va uchinchi davrning "bo'limi", "yon ko'rinishi" ni ko'rishimiz mumkin:

Juftlangan tuzilmalar teng miqdordagi juftlashgan tuzilmalar (ikkinchi - uchinchi, to'rtinchi - beshinchi, oltinchi - ettinchi) bo'lgan davrlarda atom markaziga nisbatan aynan shunday yo'naltirilgan bo'lishi kerak.

Elementar zarrachaning annigilyatsiya nuqtasi ortidagi kondensatsiyadagi energiya miqdori doimiy ravishda o'sib boradi. Bu formuladan aniq bo'ladi:

E 1 ~m(C+W)/2

E 2 ~m(C–W)/2

DE \u003d E 1 -E 2 \u003d m (C + V) / 2 - m (C - V) / 2

∆E~W×m

qayerda:

E 1 - harakatning oldingi yarim sharidan yo'q qilish nuqtasi tomonidan yig'ilgan (so'rilgan) erkin energiya miqdori.

E 2 - harakatning orqa yarim sharidan katlanmış (so'rilgan) yo'q qilish nuqtasining erkin energiyasi miqdori.

DE - elementar zarracha harakatining old va orqa yarim sharlaridan yig'ilgan (so'rilgan) bo'sh energiya miqdori o'rtasidagi farq.

W - elementar zarrachaning harakat tezligi.

Bu erda biz harakatlanuvchi zarrachaning yo'q bo'lib ketish nuqtasi orqasida energiya kondensatsiyasi massasining to'xtovsiz o'sishini ko'ramiz, chunki uning oldinga siljish tezligi ortib boradi.

Atomning tuzilishida bu har bir keyingi atomning tuzilishi orqasidagi energiya zichligi eksponent ravishda o'sib borishida namoyon bo'ladi. Yo'q qilish nuqtalari o'zlarining tortishish kuchi bilan bir-birini "temir tutqich" bilan ushlab turadi. Shu bilan birga, o'sib borayotgan itaruvchi kuch atomning juft tuzilmalarini bir-biridan tobora ko'proq chalg'itadi. Shunday qilib, biz atomning tekis - kaskad konstruktsiyasini olamiz.

Shakli bo'yicha atom kosa shakliga o'xshash bo'lishi kerak, bu erda "pastki" geliy atomining tuzilishi. Va kosaning "qirralari" oxirgi davrdir. "Idishning burmalari" joylari: ikkinchi - uchinchi, to'rtinchi - beshinchi, oltinchi - ettinchi davrlar. Ushbu "burilishlar" teng miqdordagi juftlashgan tuzilmalar bilan turli davrlarni shakllantirishga imkon beradi.

geliy atomi modeli

Aynan atomning tekis kaskad tuzilishi va undagi juft tuzilmalarning halqali joylashuvi Mendeleyev kimyoviy elementlar davriy tizimini qurish davriyligi va qatorini, bitta atom atomlarining o'xshash kimyoviy xossalarining namoyon bo'lish davriyligini belgilaydi. davriy jadval qatori.

Atomning tekislik - kaskad tuzilishi erkin energiya zichligi yuqori bo'lgan atomning yagona fazosi ko'rinishini beradi.

Atomning barcha juft tuzilmalari atom markazi yo'nalishi bo'yicha (aniqrog'i: atomning geometrik o'qida joylashgan nuqta yo'nalishi bo'yicha, atom harakati yo'nalishi bo'yicha) yo'naltirilgan.
Barcha individual yo'q qilish nuqtalari atom ichidagi davrlar halqalari bo'ylab joylashgan.
Barcha individual erkin energiya klasterlari ularning yo'q qilish nuqtalari orqasida joylashgan.

Natija: chegaralari atomning chegaralari bo'lgan yagona yuqori zichlikdagi erkin energiya konsentratsiyasi. Bu chegaralar, biz tushunganimizdek, fanda Yukava kuchlari deb ataladigan kuchlarning harakat chegaralari.

Atomning tekislik-kaskad tuzilishi ma'lum bir tarzda tortishish va itarilish kuchlari zonalarini qayta taqsimlashni beradi. Juftlashgan tuzilmada biz tortishish va itarish kuchlari zonalarining qayta taqsimlanishini allaqachon kuzatamiz:

Juft strukturaning itaruvchi kuchlarining ta'sir zonasi uning tortishish kuchlarining ta'sir zonasi (yagona elementar zarrachalarga nisbatan) tufayli ortadi. Jozibador kuchlarning ta'sir zonasi mos ravishda kamayadi. (Jalblanish kuchining ta'sir zonasi kamayadi, lekin kuchning o'zi emas). Atomning tekis kaskadli tuzilishi bizga atomning itaruvchi kuchlarining ta'sir zonasini yanada ko'proq oshirish imkonini beradi.

Har bir yangi davr bilan itaruvchi kuchlarning ta'sir zonasi to'liq to'p hosil qilishga intiladi.
Jozibador kuchlarning ta'sir zonasi diametri doimiy ravishda kamayib borayotgan konus bo'ladi

Atomning yangi davrini qurishda yana bir qonuniyatni kuzatish mumkin: bir davrning barcha juft tuzilmalari, davrdagi juft tuzilmalar sonidan qat'i nazar, atomning geometrik markaziga nisbatan qat'iy nosimmetrik tarzda joylashgan..

Har bir yangi juftlik tuzilishi, qo'shilish, davrning barcha boshqa juftlik tuzilmalarining joylashishini o'zgartiradi, shunda ular orasidagi masofalar doimo bir-biriga teng bo'ladi. Bu masofalar keyingi juftlik tuzilishi qo'shilishi bilan kamayadi. Kimyoviy element atomining to'liq bo'lmagan tashqi davri uni kimyoviy faol qiladi.

Davrlar orasidagi, davr ichidagi juftlashgan zarrachalar orasidagi masofadan ancha katta bo'lgan masofalar davrlarni bir-biridan nisbatan mustaqil qiladi.

Atomning har bir davri boshqa barcha davrlar va mustaqil butun tuzilish sifatida butun atom bilan bog'liq.

Bu atomning kimyoviy faolligi deyarli 100% faqat atomning oxirgi davri bilan aniqlanishini aniqlaydi. To'liq to'ldirilgan oxirgi davr bizga atomning itaruvchi kuchlarining maksimal to'ldirilgan zonasini beradi. Atomning kimyoviy faolligi deyarli nolga teng. Atom xuddi to'p kabi boshqa atomlarni o'zidan uzoqlashtiradi. Biz bu erda gazni ko'ramiz. Va nafaqat gaz, balki inert gaz.

Yangi davrning birinchi juftlik tuzilishining qo'shilishi bu pastoral rasmni o'zgartiradi. Qaytarilish va tortish kuchlarining ta'sir zonalarining taqsimlanishi tortishish kuchlari foydasiga o'zgaradi. Atom kimyoviy faol bo'ladi. Bu gidroksidi metall atomidir.

Har bir keyingi juft tuzilmaning qo'shilishi bilan atomning tortishish va itarish kuchlarini taqsimlash zonalari muvozanati o'zgaradi: itaruvchi kuchlar zonasi ortadi, tortishish kuchlari zonasi kamayadi. Va har bir keyingi atom bir oz kamroq metall va bir oz ko'proq metall bo'lmagan bo'ladi.

Atomlarning tekis kaskadli shakli, tortishish va itarilish kuchlarining ta'sir zonalarining qayta taqsimlanishi bizga quyidagilarni beradi: kimyoviy element atomi, hatto to'qnashuv kursida ham boshqa atom bilan uchrashadigan, albatta, zonaga tushadi. bu atomning itarish kuchlarining ta'siri. Va u o'zini yo'q qilmaydi va bu boshqa atomni yo'q qilmaydi.

Bularning barchasi bizni ajoyib natijaga olib keladi: kimyoviy elementlarning atomlari bir-biri bilan birikmalarga kirib, molekulalarning uch o'lchovli tuzilmalarini hosil qiladi. Atomlarning tekis - kaskad tuzilishidan farqli o'laroq. Molekula - atomlarning barqaror uch o'lchovli tuzilishi.

Atomlar va molekulalar ichidagi energiya oqimlarini ko'rib chiqing.

Avvalo shuni ta'kidlaymizki, elementar zarracha energiyani tsikllarda o'zlashtiradi. Ya'ni: tsiklning birinchi yarmida elementar zarracha energiyani eng yaqin fazodan oladi. Bu erda bo'shliq hosil bo'ladi - erkin energiyasiz bo'shliq.

Tsiklning ikkinchi yarmida: uzoqroq muhitdan energiya darhol paydo bo'lgan bo'shliqni to'ldirishni boshlaydi. Ya'ni, kosmosda yo'q qilish nuqtasiga yo'naltirilgan energiya oqimlari bo'ladi. Zarracha tarjima harakatining ijobiy impulsini oladi. Va zarracha ichidagi bog'langan energiya uning zichligini qayta taqsimlashni boshlaydi.

Bu erda bizni nima qiziqtiradi?

Annigilyatsiya sikli ikki fazaga bo'linganligi sababli: energiyani yutish fazasi va energiya harakati fazasi (bo'shliqni to'ldirish), annigilyatsiya nuqtasi hududida energiya oqimlarining o'rtacha tezligi, taxminan, bir marta kamayadi. ikki.

Va eng muhimi:

Atomlar, molekulalar, jismoniy jismlar qurilishida juda muhim qonuniyat namoyon bo'ladi: barcha moddiy tuzilmalarning barqarorligi, masalan: juftlashgan tuzilmalar - deyteriy atomlari, atomlar, atomlar, molekulalar, fizik jismlar atrofidagi alohida davrlar, ularni yo'q qilish jarayonlarining qat'iy tartibliligi bilan ta'minlanadi..

Buni ko'rib chiqing.

Juftlik strukturasi tomonidan ishlab chiqarilgan energiya oqimlari. Juft tuzilishda elementar zarralar energiyani sinxron ravishda yo'q qiladi. Aks holda, elementar zarralar bir-birining yo'q bo'lib ketish nuqtasi orqasidagi energiya konsentratsiyasini "eyishadi". Biz juftlik tuzilishining aniq to'lqin xususiyatlarini olamiz. Bundan tashqari, sizga eslatib o'tamizki, annigilyatsiya jarayonlarining tsiklik xususiyati tufayli bu erda energiya oqimlarining o'rtacha tezligi ikki baravar kamayadi.
Energiya atom ichida oqadi. Printsip bir xil: bir xil davrdagi barcha juftlashgan tuzilmalar energiyani sinxron ravishda - sinxron aylanishlarda yo'q qilishlari kerak. Xuddi shunday: atom ichidagi yo'q qilish jarayonlari davrlar o'rtasida sinxronlashtirilishi kerak. Har qanday asinxroniya atomning yo'q qilinishiga olib keladi. Bu erda sinxronlik biroz farq qilishi mumkin. Taxmin qilish mumkinki, atomdagi davrlar energiyani ketma-ket, birin-ketin, to'lqin shaklida yo'q qiladi.
Energiya molekula, jismoniy jism ichida oqadi. Molekula tuzilishidagi atomlar orasidagi masofalar atom ichidagi davrlar orasidagi masofadan bir necha marta katta. Bundan tashqari, molekula ommaviy tuzilishga ega. Har qanday jismoniy tana kabi, u ham uch o'lchovli tuzilishga ega. Bu erda annigilyatsiya jarayonlarining sinxronligi izchil bo'lishi kerakligi aniq. Chekkadan markazga yo'naltirilgan yoki aksincha: markazdan chetga - xohlaganingizcha hisoblang.

Sinxronlik printsipi bizga yana ikkita qonuniyat beradi:

Atomlar, molekulalar, jismoniy jismlar ichidagi energiya oqimining tezligi koinot fazosida energiya harakatining tezlik konstantasidan ancha past. Ushbu naqsh bizga (7-moddada) elektr jarayonlarini tushunishga yordam beradi.
Biz ko'rib turgan struktura qanchalik katta bo'lsa (ketma-ket: elementar zarracha, atom, molekula, jismoniy tana), uning to'lqin xarakteristikasidagi to'lqin uzunligi shunchalik katta bo'ladi. Bu jismoniy jismlarga ham tegishli: jismoniy tananing massasi qanchalik katta bo'lsa, uning to'lqin uzunligi shunchalik katta bo'ladi.

1-sahifa

Neytron zaryadi nolga teng. Binobarin, neytronlar atom yadrosi zaryadining kattaligida rol o'ynamaydi. Xromning seriya raqami bir xil qiymatga teng.

Proton zaryadi qp e Neytron zaryadi nolga teng.

Kutilganidek, bu holda neytronning zaryadi nolga, protonniki esa 1 ga teng ekanligini tushunish oson. Ikki oilaga kiruvchi barcha barionlar olinadi - sakkiz va o'nta. Mezonlar kvark va antikvarkdan iborat. Bar antikvarklarni bildiradi; ularning elektr zaryadi tegishli kvark zaryadidan ishora jihatidan farq qiladi. G'alati kvark pi-mezonga kirmaydi, pi-mezonlar, yuqorida aytib o'tganimizdek, g'alati va spini nolga teng bo'lgan zarralardir.

Protonning zaryadi elektronning zaryadiga va neytronning zaryadi o'qga teng bo'lganligi sababli, kuchli o'zaro ta'sir o'chirilgan bo'lsa, protonning A elektromagnit maydoni bilan o'zaro ta'siri odatiy o'zaro ta'sir bo'ladi. Dirak zarrasining - Yp / V. Neytron elektromagnit o'zaro ta'sirga ega bo'lmaydi.

Belgilar: 67 - elektron va proton o'rtasidagi zaryad farqi; q - neytron zaryadi; qg - elektron zaryadining mutlaq qiymati.

Yadro musbat zaryadlangan elementar zarrachalardan - zaryad olmaydigan proton va neytronlardan iborat.

Moddaning tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalarning asosini musbat zaryadli yadro hosil qiluvchi musbat zaryadlangan proton va zaryadsiz neytronlardan tashkil topgan materiya atomlari va yadro atrofida aylanadigan manfiy zaryadlangan elektronlarning mavjudligi haqidagi bayonot tashkil etadi. Ushbu nazariyaga ko'ra, elektronlarning energiya darajalari diskret xarakterga ega va ular tomonidan qo'shimcha energiyaning yo'qolishi yoki olinishi bir ruxsat etilgan energiya darajasidan ikkinchisiga o'tish deb hisoblanadi. Bunday holda, elektron energiya darajalarining diskret tabiati bir energiya darajasidan ikkinchisiga o'tish paytida elektron tomonidan energiyaning bir xil diskret yutilishi yoki emissiyasi uchun sabab bo'ladi.

Biz atom yoki molekulaning zaryadini skalyar yig'indisi q Z (q Nqn, bu erda Z elektron-proton juftlari soni, (q qp - qe elektron va proton zaryadlari farqi) bilan to'liq aniqlanadi deb taxmin qildik. , N - neytronlar soni, qn - neytronning zaryadi.

Yadro zaryadi faqat Z protonlar soni bilan belgilanadi va uning massa soni A proton va neytronlarning umumiy soniga to'g'ri keladi. Neytronning zaryadi nolga teng bo'lganligi sababli, Coulomb qonuniga ko'ra, ikkita neytron, shuningdek, proton va neytron o'rtasida elektr o'zaro ta'sir mavjud emas. Shu bilan birga, ikki proton o'rtasida elektr itaruvchi kuch ta'sir qiladi.

Bundan tashqari, o'lchov aniqligi doirasida hech qachon zaryadning saqlanish qonuniga rioya qilinmagan birorta to'qnashuv jarayoni qayd etilmagan. Masalan, bir xil elektr maydonlarida neytronlarning egiluvchanligi neytron zaryadini 1 (elektron zaryadining H7) aniqligi bilan nolga teng deb hisoblash imkonini beradi.

Biz yuqorida aytib o'tgan edikki, proton va bitta yadro magnitoni magnit momenti o'rtasidagi farq ajoyib natijadir. Bundan ham ajablanarlisi (Aftidan, zaryadsiz neytron uchun magnit moment mavjud.

Bu kuchlar fizika kursining oldingi qismlarida ko'rib chiqilgan kuchlarning hech bir turiga kamaytirilmaganligini ko'rish oson. Darhaqiqat, masalan, yadrolardagi nuklonlar orasida tortishish kuchlari harakat qiladi deb faraz qilsak, ma'lum bo'lgan proton va neytron massalaridan zarrachadagi bog'lanish energiyasi ahamiyatsiz bo'lishini hisoblash oson - u kuzatilganidan 1036 marta kam bo'ladi. eksperimental tarzda. Yadro kuchlarining elektr tabiati haqidagi taxmin ham yo'qoladi. Darhaqiqat, bu holda bitta zaryadlangan protondan tashkil topgan va neytronning zaryadi bo'lmagan barqaror yadroni tasavvur qilish mumkin emas.

Yadrodagi nuklonlar o'rtasida mavjud bo'lgan kuchli bog'lanish atom yadrolarida yadro kuchlari deb ataladigan maxsus kuchlarning mavjudligini ko'rsatadi. Bu kuchlar fizika kursining oldingi qismlarida ko'rib chiqilgan kuchlarning hech bir turiga kamaytirilmaganligini ko'rish oson. Darhaqiqat, masalan, yadrolardagi nuklonlar o'rtasida tortishish kuchlari ta'sir qiladi deb faraz qilsak, proton va neytronning ma'lum massalaridan zarrachadagi bog'lanish energiyasi ahamiyatsiz bo'lishini hisoblash oson - u 1038 marta kamroq bo'ladi. eksperimental ravishda kuzatilgan. Yadro kuchlarining elektr tabiati haqidagi taxmin ham yo'qoladi. Darhaqiqat, bu holda bitta zaryadlangan protondan tashkil topgan va neytronning zaryadi bo'lmagan barqaror yadroni tasavvur qilish mumkin emas.