Protonska masa. Ko je i kada otkrio proton i neutron

Protoni učestvuju u termonuklearnim reakcijama, koje su glavni izvor energije koju stvaraju zvijezde. Posebno, reakcije pp-ciklus, koji je izvor gotovo sve energije koju emituje Sunce, svodi se na kombinaciju četiri protona u jezgro helijuma-4 uz transformaciju dva protona u neutrone.

U fizici se proton označava str(ili str+ ). Hemijska oznaka protona (koji se smatra pozitivnim jonom vodika) je H +, astrofizička oznaka je HII.

Otvaranje [ | ]

Protonska svojstva[ | ]

Odnos mase protona i elektrona, jednak 1836,152 673 89(17), sa tačnošću od 0,002% jednak je vrednosti 6π 5 = 1836,118...

Unutrašnju strukturu protona prvi je eksperimentalno proučavao R. Hofstadter proučavajući kolizije snopa elektrona visoke energije (2 GeV) sa protonima (Nobelova nagrada za fiziku 1961.). Proton se sastoji od teškog jezgra (jezgra) poluprečnika cm, sa velikom gustinom mase i naboja, nosi ≈ 35% (\displaystyle \približno 35\%) električni naboj protona i relativno rijetka ljuska koja ga okružuje. Na udaljenosti od ≈ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \približno 0,25\cdot 10^(-13)) prije ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \približno 1,4\cdot 10^(-13)) cm ova ljuska se uglavnom sastoji od virtuelnih ρ - i π -mezona koji nose ≈ 50% (\displaystyle \približno 50\%) električni naboj protona, a zatim na daljinu ≈ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \približno 2,5\cdot 10^(-13)) cm proteže ljusku virtuelnih ω - i π -mezona, noseći ~15% električnog naboja protona.

Pritisak u centru protona koji stvaraju kvarkovi je oko 10 35 Pa (10 30 atmosfera), odnosno viši je od pritiska unutar neutronskih zvezda.

Magnetski moment protona se mjeri mjerenjem omjera rezonantne frekvencije precesije magnetskog momenta protona u datom uniformnom magnetskom polju i ciklotronske frekvencije kružne orbite protona u istom polju.

Postoje tri fizičke veličine povezane s protonom koje imaju dimenziju dužine:

Mjerenja radijusa protona korištenjem običnih atoma vodika, provedena različitim metodama od 1960-ih, dovela su (CODATA -2014) do rezultata 0,8751 ± 0,0061 femtometar(1 fm = 10 −15 m). Prvi eksperimenti sa mionskim atomima vodonika (gde je elektron zamenjen mionom) dali su 4% manji rezultat za ovaj poluprečnik: 0,84184 ± 0,00067 fm. Razlozi za ovu razliku su još uvijek nejasni.

Takozvani proton Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, što određuje njegovo učešće u slabim interakcijama kroz razmjenu Z 0 bozon (slično kako električni naboj čestice određuje njeno učešće u elektromagnetnim interakcijama razmjenom fotona) je 0,0719 ± 0,0045, prema eksperimentalnim mjerenjima kršenja pariteta tokom raspršenja polariziranih elektrona na protone. Izmjerena vrijednost je u skladu, unutar eksperimentalne greške, sa teorijskim predviđanjima Standardnog modela (0,0708 ± 0,0003).

Stabilnost [ | ]

Slobodni proton je stabilan, eksperimentalne studije nisu otkrile nikakve znakove njegovog raspada (donja granica životnog vijeka je 2,9⋅10 29 godina bez obzira na kanal raspada, 8,2⋅10 33 godine za raspad na pozitron i neutralni pion, 6,6⋅ 10 33 godine za raspad u pozitivan mion i neutralni pion). Budući da je proton najlakši od bariona, stabilnost protona je posljedica zakona održanja barionskog broja - proton se ne može raspasti ni na jednu lakšu česticu (na primjer, na pozitron i neutrino) bez kršenja ovog zakona. Međutim, mnoga teorijska proširenja Standardnog modela predviđaju procese (još nisu uočeni) koji bi rezultirali neočuvanjem barionskog broja, a time i raspadom protona.

Proton vezan u atomskom jezgru je sposoban da uhvati elektron iz elektrona K-, L- ili M-ljuske atoma (tzv. "hvatanje elektrona"). Proton atomskog jezgra, nakon što je apsorbirao elektron, pretvara se u neutron i istovremeno emituje neutrino: p+e − →+ν e . “Rupa” u K-, L- ili M-sloju formirana hvatanjem elektrona ispunjena je elektronom iz jednog od gornjih elektronskih slojeva atoma, emitujući karakteristične rendgenske zrake koje odgovaraju atomskom broju Z− 1 i/ili Auger elektroni. Poznato je preko 1000 izotopa od 7
4 do 262
105, raspada hvatanjem elektrona. Pri dovoljno visokim dostupnim energijama raspada (iznad 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) otvara se konkurentski kanal raspada - pozitronski raspad p → +e ++ν e . Treba naglasiti da su ovi procesi mogući samo za proton u nekim jezgrama, gdje se nedostajuća energija nadopunjuje prijelazom rezultirajućeg neutrona u nižu nuklearnu ljusku; za slobodni proton oni su zabranjeni zakonom održanja energije.

Izvor protona u hemiji su mineralne (azotna, sumporna, fosforna i druge) i organske (mravlje, sirćetne, oksalne i druge) kiseline. U vodenom rastvoru, kiseline su sposobne za disocijaciju sa eliminacijom protona, formirajući hidronijev kation.

U gasnoj fazi, protoni se dobijaju jonizacijom - uklanjanjem elektrona sa atoma vodonika. Potencijal jonizacije nepobuđenog atoma vodika je 13,595 eV. Kada se molekularni vodonik jonizuje brzim elektronima na atmosferskom pritisku i sobnoj temperaturi, inicijalno se formira molekularni jon vodonika (H 2 +) - fizički sistem koji se sastoji od dva protona koji se drže zajedno na udaljenosti od 1,06 jednim elektronom. Stabilnost takvog sistema, prema Paulingu, uzrokovana je rezonancom elektrona između dva protona sa “rezonantnom frekvencijom” jednakom 7·10 14 s −1. Kada temperatura poraste na nekoliko hiljada stepeni, sastav produkata jonizacije vodonika se menja u korist protona - H+.

Aplikacija [ | ]

Snopovi ubrzanih protona koriste se u eksperimentalnoj fizici elementarnih čestica (proučavanje procesa raspršenja i proizvodnje snopova drugih čestica), u medicini (protonska terapija raka).

vidi takođe [ | ]

Bilješke [ | ]

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamentalne fizičke konstante --- Kompletna lista
CODATA Vrijednost: masa protona
CODATA Vrijednost: masa protona u u
Ahmed S.; et al. (2004). “Ograničenja raspada nukleona preko nevidljivih modova sa opservatorije za neutrino Sudbury.” Physical Review Letters. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Vrijednost: maseni ekvivalent energije protona u MeV
CODATA Vrijednost: omjer mase proton-elektron
, With. 67.
Hofstadter P. Struktura jezgara i nukleona // Phys. - 1963. - T. 81, br. 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K. I. Virtualni procesi i struktura nukleona // Fizika mikrosvijeta - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Elastično raspršenje, periferne interakcije i rezonancije // High Energy Particles. Visoke energije u svemiru i laboratorijama - M.: Nauka, 1965. - P. 132.

DEFINICIJA

Proton naziva se stabilna čestica koja pripada klasi hadrona, a koja je jezgro atoma vodika.

Naučnici se ne slažu oko toga koji naučni događaj treba smatrati otkrićem protona. Važnu ulogu u otkriću protona odigrali su:

stvaranje planetarnog modela atoma E. Rutherforda;
otkriće izotopa od strane F. Soddyja, J. Thomsona, F. Astona;
zapažanja ponašanja jezgara atoma vodika kada ih alfa čestice izbiju iz jezgri dušika E. Rutherford.

Prve fotografije protonskih tragova dobio je P. Blackett u komori oblaka proučavajući procese vještačke transformacije elemenata. Blackett je proučavao proces hvatanja alfa čestica jezgrima dušika. U ovom procesu, emitiran je proton i jezgro dušika je pretvoreno u izotop kisika.

Protoni su, zajedno sa neutronima, deo jezgara svih hemijskih elemenata. Broj protona u jezgru određuje atomski broj elementa u periodnom sistemu D.I. Mendeljejev.

Proton je pozitivno nabijena čestica. Njegov naboj je po veličini jednak elementarnom naboju, odnosno vrijednosti naboja elektrona. Naboj protona se često označava kao , tada možemo napisati da:

Trenutno se vjeruje da proton nije elementarna čestica. Ima složenu strukturu i sastoji se od dva u-kvarka i jednog d-kvarka. Električni naboj u-kvarka () je pozitivan i jednak je

Električni naboj d-kvarka () je negativan i jednak je:

Kvarkovi povezuju razmjenu gluona, koji su kvanti polja, oni podnose snažnu interakciju. Činjenica da protoni u svojoj strukturi imaju nekoliko centara raspršenja potvrđuju eksperimenti raspršenja elektrona protonima.

Proton ima konačnu veličinu, oko čega se naučnici još uvijek raspravljaju. Trenutno je proton predstavljen kao oblak koji ima zamagljenu granicu. Takva granica se sastoji od virtuelnih čestica koje se neprestano pojavljuju i uništavaju. Ali u većini jednostavnih problema, proton se, naravno, može smatrati tačkastim nabojem. Masa mirovanja protona () je približno jednaka:

Masa protona je 1836 puta veća od mase elektrona.

Protoni učestvuju u svim fundamentalnim interakcijama: jake interakcije ujedinjuju protone i neutrone u jezgra, elektroni i protoni se spajaju u atome pomoću elektromagnetnih interakcija. Kao slabu interakciju možemo navesti, na primjer, beta raspad neutrona (n):

gdje je p proton; — elektron; - antineutrino.

Protonski raspad još nije dobijen. Ovo je jedan od važnih savremenih problema fizike, jer bi ovo otkriće predstavljalo značajan korak u razumijevanju jedinstva prirodnih sila.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Jezgra atoma natrijuma su bombardovana protonima. Kolika je sila elektrostatičkog odbijanja protona od jezgra atoma ako je proton na udaljenosti

m Smatrajte da je naboj jezgra atoma natrija 11 puta veći od naboja protona. Uticaj elektronske ljuske atoma natrijuma može se zanemariti.

Rješenje

Kao osnovu za rješavanje problema uzet ćemo Coulombov zakon, koji se za naš problem može napisati (pod pretpostavkom da su čestice tačkaste) na sljedeći način:

gdje je F sila elektrostatičke interakcije nabijenih čestica; Cl je protonski naboj; - naboj jezgra atoma natrijuma; - dielektrična konstanta vakuuma; - električna konstanta. Koristeći podatke koje imamo, možemo izračunati potrebnu silu odbijanja:

Odgovori

PRIMJER 2

Vježbajte

Uzimajući u obzir najjednostavniji model atoma vodika, vjeruje se da se elektron kreće po kružnoj orbiti oko protona (jezgra atoma vodika). Kolika je brzina elektrona ako je radijus njegove orbite m?

Rješenje

Razmotrimo sile (slika 1) koje djeluju na elektron koji se kreće u krugu. Ovo je sila privlačenja od protona. Prema Coulombovom zakonu, pišemo da je njegova vrijednost jednaka ():

gde je =— naelektrisanje elektrona; - protonski naboj; - električna konstanta. Sila privlačenja između elektrona i protona u bilo kojoj tački u orbiti elektrona usmjerena je od elektrona do protona duž polumjera kruga.

Proton (elementarna čestica)

Teorija polja elementarnih čestica, koja djeluje u okviru NAUKE, zasniva se na osnovama koje je dokazala FIZIKA:

Klasična elektrodinamika,
Kvantna mehanika (bez virtuelnih čestica koje su u suprotnosti sa zakonom održanja energije),
Zakoni održanja su fundamentalni zakoni fizike.

Ovo je fundamentalna razlika između naučnog pristupa koji koristi teorija polja elementarnih čestica - prava teorija mora djelovati striktno unutar zakona prirode: ovo je NAUKA.

Korištenje elementarnih čestica koje ne postoje u prirodi, izmišljanje fundamentalnih interakcija koje ne postoje u prirodi ili zamjena interakcija koje postoje u prirodi fantastičnim, ignoriranje zakona prirode, upuštanje u matematičke manipulacije s njima (stvarajući privid nauke) - ovo je dio BAJKI koje se proglašavaju za nauku. Kao rezultat toga, fizika je skliznula u svijet matematičkih bajki. Bajkoviti likovi Standardnog modela (kvarkovi sa gluonima), zajedno sa bajkovitim gravitonima i bajkama iz “kvantne teorije” već su prodrli u udžbenike fizike – i obmanjuju djecu, pretvarajući matematičke bajke kao stvarnost. Pristalice poštene Nove fizike pokušale su se tome oduprijeti, ali snage nisu bile jednake. I tako je bilo sve do 2010. godine, prije pojave teorije polja elementarnih čestica, kada je borba za preporod FIZIKA-NAUKA prešla na nivo otvorenog sukoba između istinske naučne teorije i matematičkih bajki koje su preuzele vlast u fizici mikrosvet (i ne samo).

Ali čovječanstvo ne bi znalo za dostignuća Nove fizike bez interneta, pretraživača i mogućnosti slobodnog govorenja istine na stranicama stranice. Što se tiče publikacija koje zarađuju od nauke, ko ih danas čita za novac kada je moguće brzo i slobodno doći do traženih informacija na internetu.

1 Proton je elementarna čestica
2 Kada je fizika ostala nauka
3 Proton u fizici
4 Protonski radijus
5 Magnetski moment protona
6 Električno polje protona

Ernest Rutherford je 1919. godine, ozračivši jezgra dušika alfa česticama, primijetio stvaranje jezgara vodika. Rutherford je česticu nastalu u sudaru nazvao proton. Prve fotografije protonskih tragova u komori oblaka snimio je 1925. Patrick Blackett. Ali sami vodikovi joni (koji su protoni) bili su poznati mnogo prije Rutherfordovih eksperimenata.
Danas, u 21. veku, fizika može reći mnogo više o protonima.

1 Proton je elementarna čestica

Ideje fizike o strukturi protona mijenjale su se kako se fizika razvijala.
Fizika je u početku smatrala da je proton elementarna čestica sve do 1964. godine, kada su GellMann i Zweig nezavisno predložili hipotezu kvarka.

U početku je model kvarka adrona bio ograničen na samo tri hipotetička kvarka i njihove antičestice. To je omogućilo da se tačno opiše spektar elementarnih čestica poznat u to vrijeme, bez uzimanja u obzir leptona, koji se nisu uklapali u predloženi model i stoga su prepoznati kao elementarni, zajedno s kvarkovima. Cijena za to bila je uvođenje frakcionih električnih naboja koji ne postoje u prirodi. Zatim, kako se fizika razvijala i novi eksperimentalni podaci postali dostupni, model kvarka je postupno rastao i transformirao se, na kraju je postao Standardni model.

Fizičari su marljivo tragali za novim hipotetičkim česticama. Potraga za kvarkovima vršena je u kosmičkim zracima, u prirodi (pošto se njihov frakcijski električni naboj ne može kompenzovati) i na akceleratorima.
Decenije su prolazile, snaga akceleratora je rasla, a rezultat potrage za hipotetičkim kvarkovima uvijek je bio isti: Kvarkovi se NE nalaze u prirodi.

Vidjevši izglede za smrt kvarkovog (a potom i Standardnog) modela, njegove pristalice sastavile su i prenijele čovječanstvu bajku da su tragovi kvarkova uočeni u nekim eksperimentima. - Nemoguće je provjeriti ovu informaciju - eksperimentalni podaci se obrađuju po Standardnom modelu i uvijek će dati nešto po potrebi. Povijest fizike poznaje primjere kada je, umjesto jedne čestice, uvučena druga - posljednja takva manipulacija eksperimentalnim podacima bilo je klizanje vektorskog mezona kao fantastičnog Higsovog bozona, navodno odgovornog za masu čestica, ali istovremeno vrijeme koje ne stvara svoje gravitacijsko polje. Ova matematička priča je čak nagrađena Nobelovom nagradom za fiziku. U našem slučaju, stajaći talasi naizmeničnog elektromagnetnog polja, o kojima su pisane talasne teorije elementarnih čestica, uvučeni su kao vilinski kvarkovi.

Kada je tron pod standardnim modelom ponovo počeo da se trese, njegove pristalice su složile i ubacile čovečanstvu novu bajku za mališane, nazvanu "Zatvor". Svaka osoba koja razmišlja odmah će u tome vidjeti ismijavanje zakona održanja energije - temeljnog zakona prirode. Ali pristalice Standardnog modela ne žele da vide STVARNOST.

2 Kada je fizika ostala nauka

Dok je fizika još uvijek ostala nauka, istina nije utvrđivana mišljenjem većine - već eksperimentom. Ovo je fundamentalna razlika između FIZIKE-NAUKE i matematičkih bajki koje se izdaju kao fizika.
Svi eksperimenti traže hipotetičke kvarkove(osim, naravno, klizanja u svojim uvjerenjima pod krinkom eksperimentalnih podataka) su jasno pokazali: u prirodi NEMA kvarkova.

Sada pristalice Standardnog modela pokušavaju da zamijene rezultat svih eksperimenata, koji su za Standardni model postali smrtna kazna, svojim kolektivnim mišljenjem, provodeći ga kao stvarnost. Ali bez obzira koliko dugo bajka traje, ipak će biti kraja. Pitanje je samo kakav će to biti kraj: pristalice Standardnog modela će pokazati inteligenciju, hrabrost i promijeniti svoje stavove nakon jednoglasne presude eksperimenata (ili bolje rečeno: presude PRIRODE), ili će biti predani istoriji usred univerzalni smeh Nova fizika - fizika 21. veka, poput pripovjedača koji su pokušali prevariti cijelo čovječanstvo. Njihov izbor je.

Sada o samom protonu.

3 Proton u fizici

Proton - elementarna čestica kvantni broj L=3/2 (spin = 1/2) - barionska grupa, protonska podgrupa, električni naboj +e (sistematizacija prema teoriji polja elementarnih čestica).
Prema teoriji polja elementarnih čestica (teoriji izgrađenoj na naučnim osnovama i jedinoj koja je dobila ispravan spektar svih elementarnih čestica), proton se sastoji od rotirajućeg polariziranog naizmjeničnog elektromagnetnog polja sa konstantnom komponentom. Sve neutemeljene tvrdnje Standardnog modela da se proton navodno sastoji od kvarkova nemaju nikakve veze sa stvarnošću. - Fizika je eksperimentalno dokazala da proton ima elektromagnetna polja, ali i gravitaciono polje. Fizika je prije 100 godina sjajno pretpostavila da elementarne čestice ne samo da imaju, već se i sastoje od elektromagnetnih polja, ali nije bilo moguće konstruirati teoriju do 2010. godine. Sada, 2015. godine, pojavila se i teorija gravitacije elementarnih čestica, koja je utvrdila elektromagnetsku prirodu gravitacije i dobila jednačine gravitacionog polja elementarnih čestica, različite od jednadžbi gravitacije, na osnovu kojih je više od jedne matematičke izgrađena bajka iz fizike.

U ovom trenutku, teorija polja elementarnih čestica (za razliku od Standardnog modela) nije u suprotnosti s eksperimentalnim podacima o strukturi i spektru elementarnih čestica i stoga se može smatrati od strane fizike kao teorijom koja funkcionira u prirodi.

Struktura elektromagnetnog polja protona(E-konstantno električno polje, H-konstantno magnetsko polje, naizmjenično elektromagnetno polje označeno je žutom bojom)
Energetski bilans (procenat ukupne unutrašnje energije):

konstantno električno polje (E) - 0,346%,
konstantno magnetno polje (H) - 7,44%,
naizmenično elektromagnetno polje - 92,21%.

Iz toga slijedi da je za proton m 0~ =0,9221m 0 i oko 8 posto njegove mase koncentrisano u konstantnim električnim i magnetskim poljima. Odnos između energije koncentrisane u konstantnom magnetskom polju protona i energije koncentrisane u konstantnom električnom polju je 21,48. Ovo objašnjava prisustvo nuklearnih sila u protonu.

Električno polje protona sastoji se od dva regiona: spoljašnjeg regiona sa pozitivnim nabojem i unutrašnjeg regiona sa negativnim nabojem. Razlika u nabojima vanjskog i unutrašnjeg područja određuje ukupni električni naboj protona +e. Njegova kvantizacija se zasniva na geometriji i strukturi elementarnih čestica.

A ovako izgledaju fundamentalne interakcije elementarnih čestica koje stvarno postoje u prirodi:

4 Protonski radijus

Teorija polja elementarnih čestica definira radijus (r) čestice kao udaljenost od centra do tačke u kojoj se postiže maksimalna gustina mase.

Za proton, to će biti 3,4212 ∙10 -16 m. Ovome moramo dodati debljinu sloja elektromagnetnog polja i dobiće se poluprečnik oblasti prostora koju zauzima proton:

Za proton to će biti 4,5616 ∙10 -16 m. Dakle, vanjska granica protona nalazi se na udaljenosti od 4,5616 ∙10 -16 m od centra čestice električno i konstantno magnetsko polje protona, prema zakonima elektrodinamike, nalazi se izvan ovog radijusa.

5 Magnetski moment protona

Za razliku od kvantne teorije, teorija polja elementarnih čestica kaže da magnetna polja elementarnih čestica ne nastaju rotacijom spina električnih naboja, već postoje istovremeno sa konstantnim električnim poljem kao konstantnom komponentom elektromagnetnog polja. Zbog toga Sve elementarne čestice sa kvantnim brojem L>0 imaju konstantna magnetna polja.
Teorija polja elementarnih čestica ne smatra da je magnetni moment protona anomalan – njegova vrijednost je određena skupom kvantnih brojeva u mjeri u kojoj kvantna mehanika funkcionira u elementarnoj čestici.
Dakle, glavni magnetni moment protona stvaraju dvije struje:

(+) sa magnetnim momentom +2 (eħ/m 0 s)
(-) sa magnetnim momentom -0,5 (eħ/m 0 s)

Da bi se dobio rezultujući magnetni moment protona, potrebno je sabrati oba momenta, pomnožiti sa procentom energije sadržane u talasnom naizmeničnom elektromagnetskom polju protona (podeljeno sa 100%) i dodati spin komponentu (vidi Teoriju polja elementarne čestice 2. dio, odjeljak 3.2), kao rezultat dobijamo 1,3964237 eh/m 0p c. Da bismo se pretvorili u obične nuklearne magnetone, rezultirajući broj se mora pomnožiti sa dva - na kraju imamo 2,7928474.

Kada je fizika pretpostavila da se magnetni momenti elementarnih čestica stvaraju rotacijom njihovog električnog naboja, predložene su odgovarajuće jedinice za njihovo mjerenje: za proton je to eh/2m 0p c (zapamtite da je spin protona 1/ 2) nazvan nuklearni magneton. Sada se 1/2 može izostaviti, jer ne nosi semantičko opterećenje, i ostaviti jednostavno eh/m 0p c.

Ali ozbiljno, unutar elementarnih čestica nema električnih struja, ali postoje magnetna polja (i nema električnih naboja, ali postoje električna polja). Nemoguće je zamijeniti prava magnetska polja elementarnih čestica magnetnim poljima struja (kao i prava električna polja elementarnih čestica poljima električnih naboja), bez gubitka tačnosti - ova polja imaju drugačiju prirodu. Ovdje postoji još neka elektrodinamika - Elektrodinamika fizike polja, koja tek treba biti stvorena, kao i sama fizika polja.

6 Električno polje protona

6.1 Protonsko električno polje u dalekoj zoni

Znanje fizike o strukturi protonskog električnog polja se promijenilo kako se fizika razvijala. U početku se vjerovalo da je električno polje protona polje tačkastog električnog naboja +e. Za ovo polje će postojati:
potencijal električno polje protona u tački (A) u dalekoj zoni (r > > r p) tačno u SI sistemu jednako je:

tenzija E protonskog električnog polja u dalekoj zoni (r > > r p) tačno, u SI sistemu je jednako:

Gdje n = r/|r| - jedinični vektor od centra protona u pravcu tačke posmatranja (A), r - udaljenost od centra protona do tačke posmatranja, e - elementarni električni naboj, vektori su podebljani, ε 0 - električna konstanta, r p =Lħ /(m 0~ c ) je poluprečnik protona u teoriji polja, L je glavni kvantni broj protona u teoriji polja, ħ je Plankova konstanta, m 0~ je količina mase sadržana u naizmjeničnom elektromagnetnom polju proton koji miruje, C je brzina svjetlosti. (U GHS sistemu nema množitelja. SI množitelj.)

Ovi matematički izrazi su tačni za dalju zonu protonskog električnog polja: r p , ali je fizika tada pretpostavila da se njihova valjanost proširila i na bližu zonu, do udaljenosti reda od 10 -14 cm.

6.2 Električni naboji protona

U prvoj polovini 20. vijeka, fizika je vjerovala da proton ima samo jedan električni naboj i da je jednak +e.

Nakon pojave hipoteze o kvarku, fizika je sugerirala da unutar protona ne postoji jedan, već tri električna naboja: dva električna naboja +2e/3 i jedan električni naboj -e/3. Ukupno, ovi troškovi daju +e. Ovo je učinjeno jer je fizika sugerirala da proton ima složenu strukturu i da se sastoji od dva up kvarka sa nabojem od +2e/3 i jednog d kvarka sa nabojem od -e/3. Ali kvarkovi nisu pronađeni ni u prirodi ni u akceleratorima pri bilo kojoj energiji, i preostalo je ili uzeti njihovo postojanje na vjeru (što su pristalice Standardnog modela radili) ili tražiti drugu strukturu elementarnih čestica. Ali u isto vrijeme, eksperimentalne informacije o elementarnim česticama neprestano su se gomilale u fizici, a kada su se nakupile dovoljno da se preispita ono što je učinjeno, rođena je teorija polja elementarnih čestica.

Prema teoriji polja elementarnih čestica, konstantno električno polje elementarnih čestica s kvantnim brojem L>0, nabijenih i neutralnih, stvara konstantna komponenta elektromagnetnog polja odgovarajuće elementarne čestice(nije električni naboj osnovni uzrok električnog polja, kako je vjerovala fizika u 19. stoljeću, već su električna polja elementarnih čestica takva da odgovaraju poljima električnih naboja). A polje električnog naboja nastaje kao rezultat prisustva asimetrije između vanjske i unutrašnje hemisfere, stvarajući električna polja suprotnih predznaka. Za nabijene elementarne čestice, polje elementarnog električnog naboja stvara se u dalekoj zoni, a predznak električnog naboja je određen predznakom električnog polja koje stvara vanjska hemisfera. U bliskoj zoni ovo polje ima složenu strukturu i dipol je, ali nema dipolni moment. Za približan opis ovog polja kao sistema tačkastih naelektrisanja bit će potrebno najmanje 6 “kvarkova” unutar protona - bit će preciznije ako uzmemo 8 “kvarkova”. Jasno je da će električni naboji takvih "kvarkova" biti potpuno drugačiji od onoga što standardni model (sa svojim kvarkovima) smatra.

Teorija polja elementarnih čestica utvrdila je da se proton, kao i svaka druga pozitivno nabijena elementarna čestica, može razlikovati dva električna naboja i, shodno tome, dva električna radijusa:

električni radijus vanjskog konstantnog električnog polja (naboj q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
električni radijus unutrašnjeg konstantnog električnog polja (naboj q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.

Ove karakteristike protonskog električnog polja odgovaraju raspodjeli 1. teorije polja elementarnih čestica. Fizika još nije eksperimentalno utvrdila tačnost ove distribucije i koja raspodjela najtačnije odgovara stvarnoj strukturi konstantnog električnog polja protona u bližoj zoni, kao i strukturi električnog polja protona u bližoj zoni. (na udaljenostima reda r p). Kao što vidite, električni naboji su po veličini bliski nabojima pretpostavljenih kvarkova (+4/3e=+1,333e i -1/3e=-0,333e) u protonu, ali za razliku od kvarkova, elektromagnetna polja postoje u prirode, i imaju sličnu strukturu konstante Svaka pozitivno nabijena elementarna čestica ima električno polje, bez obzira na veličinu spina i... .

Vrijednosti električnih radijusa za svaku elementarnu česticu su jedinstvene i određene su glavnim kvantnim brojem u teoriji polja L, vrijednošću mase mirovanja, postotkom energije sadržane u naizmjeničnom elektromagnetnom polju (gdje kvantna mehanika radi ) i strukturu konstantne komponente elektromagnetnog polja elementarne čestice (istu za sve elementarne čestice sa datim glavnim kvantnim brojem L), generirajući vanjsko konstantno električno polje. Električni radijus označava prosječnu lokaciju električnog naboja ravnomjerno raspoređenog po obodu, stvarajući slično električno polje. Oba električna naboja leže u istoj ravni (ravnina rotacije naizmjeničnog elektromagnetnog polja elementarne čestice) i imaju zajednički centar koji se poklapa sa centrom rotacije naizmjeničnog elektromagnetnog polja elementarne čestice.

6.3 Električno polje protona u bliskoj zoni

Poznavajući veličinu električnih naboja unutar elementarne čestice i njihovu lokaciju, moguće je odrediti električno polje koje oni stvaraju.

električno polje protona u bliskoj zoni (r~r p), u sistemu SI, kao vektorska suma, približno je jednako:

Gdje n+ = r +/|r + | - jedinični vektor od bliske (1) ili dalje (2) tačke protonskog naboja q + u pravcu tačke posmatranja (A), n- = r-/|r - | - jedinični vektor od bliže (1) ili dalje (2) tačke protonskog naboja q - u pravcu tačke posmatranja (A), r - udaljenost od centra protona do projekcije tačke posmatranja na ravan protona, q + - spoljašnji električni naboj +1,25e, q - - unutrašnji električni naboj -0,25e, vektori su podebljani, ε 0 - električna konstanta, z - visina tačke posmatranja (A) (udaljenost od tačka posmatranja do protonske ravni), r 0 - parametar normalizacije. (U GHS sistemu nema množitelja. SI množitelj.)

Ovaj matematički izraz je zbir vektora i mora se izračunati prema pravilima vektorskog sabiranja, budući da je ovo polje dva distribuirana električna naboja (+1,25e i -0,25e). Prvi i treći član odgovaraju bliskim tačkama naboja, drugi i četvrti - udaljenim. Ovaj matematički izraz ne radi u unutrašnjem (prstenastom) području protona, stvarajući njegova konstantna polja (ako su dva uslova istovremeno ispunjena: ħ/m 0~ c
Potencijal električnog polja proton u tački (A) u bliskoj zoni (r~r p), u SI sistemu je približno jednak:

Gde je r 0 normalizujući parametar, čija se vrednost može razlikovati od r 0 u formuli E. (U sistemu SGS ne postoji faktor SI množilac.) Ovaj matematički izraz ne radi u unutrašnjem (prstenastom) regionu protona , generišući svoja konstantna polja (uz istovremeno izvršavanje dva uslova: ħ/m 0~ c
Kalibracija r 0 za oba izraza bliskog polja mora se izvršiti na granici područja koje generiše konstantna protonska polja.

7 Protonska masa mirovanja

U skladu s klasičnom elektrodinamikom i Einsteinovom formulom, masa mirovanja elementarnih čestica s kvantnim brojem L>0, uključujući proton, definirana je kao ekvivalent energije njihovih elektromagnetnih polja:

gdje je definitivni integral uzet preko cijelog elektromagnetnog polja elementarne čestice, E je jačina električnog polja, H je jačina magnetnog polja. Ovdje se uzimaju u obzir sve komponente elektromagnetnog polja: konstantno električno polje, konstantno magnetsko polje, naizmjenično elektromagnetno polje. Ova mala, ali vrlo fizikalno opsežna formula, na osnovu koje se izvode jednadžbe za gravitacijsko polje elementarnih čestica, poslat će više od jedne bajkovite „teorije“ na otpad – zato će neki od njihovih autora mrzim to.

Kao što slijedi iz gornje formule, vrijednost mase mirovanja protona zavisi od uslova u kojima se proton nalazi. Dakle, postavljanjem protona u konstantno vanjsko električno polje (na primjer, atomsko jezgro), utjecat ćemo na E 2, što će utjecati na masu protona i njegovu stabilnost. Slična situacija će nastati kada se proton stavi u konstantno magnetsko polje. Stoga se neka svojstva protona unutar atomskog jezgra razlikuju od istih svojstava slobodnog protona u vakuumu, daleko od polja.

8 Životni vijek protona

Životni vijek protona utvrđen fizikom odgovara slobodnom protonu.

Teorija polja elementarnih čestica to kaže životni vek elementarne čestice zavisi od uslova u kojima se nalazi. Postavljanjem protona u vanjsko polje (kao što je električno), mijenjamo energiju sadržanu u njegovom elektromagnetnom polju. Možete odabrati znak vanjskog polja tako da se unutarnja energija protona povećava. Moguće je odabrati takvu vrijednost jakosti vanjskog polja da postane moguće da se proton raspadne na neutron, pozitron i elektronski neutrino, te stoga proton postaje nestabilan. To je upravo ono što se uočava u atomskim jezgrama, u kojima električno polje susjednih protona pokreće raspad protona jezgra. Kada se dodatna energija unese u jezgro, raspad protona može početi pri nižoj jakosti vanjskog polja.

Jedna zanimljiva karakteristika: tokom raspada protona u atomskom jezgru, u elektromagnetnom polju jezgra, iz energije elektromagnetnog polja se rađa pozitron - iz "materije" (protona) se rađa "antimaterija" (pozitron) !!! i to nikoga ne iznenađuje.

9 Istina o Standardnom modelu

Hajde da se sada upoznamo sa informacijama koje pristalice Standardnog modela neće dozvoliti da budu objavljene na „politički korektnim“ sajtovima (kao što je svetska Wikipedia) na kojima protivnici Nove fizike mogu nemilosrdno brisati (ili iskrivljavati) informacije pristalica Nove fizike, zbog čega je ISTINA postala žrtva politike:

Godine 1964. Gellmann i Zweig su nezavisno predložili hipotezu o postojanju kvarkova, od kojih se, po njihovom mišljenju, sastoje hadroni. Nove čestice su obdarene delimičnim električnim nabojem koji ne postoji u prirodi.
Leptoni se NISU uklapali u ovaj model kvarka, koji je kasnije prerastao u standardni model, pa su stoga prepoznati kao zaista elementarne čestice.
Da bi se objasnila povezanost kvarkova u hadronu, pretpostavljeno je postojanje u prirodi jake interakcije i njenih nosilaca, gluona. Gluoni, kao što se očekivalo u kvantnoj teoriji, bili su obdareni jediničnim spinom, identitetom čestice i antičestice i nultom masom mirovanja, poput fotona.
U stvarnosti, u prirodi ne postoji jaka interakcija hipotetičkih kvarkova, već nuklearnih sila nukleona - a to su različiti koncepti.

Prošlo je 50 godina. Kvarkovi nikada nisu pronađeni u prirodi i za nas je izmišljena nova matematička bajka pod nazivom „Zatvor“. Čovjek koji razmišlja lako može u tome uočiti očito zanemarivanje temeljnog zakona prirode - zakona održanja energije. Ali misleća osoba će to učiniti, a pripovjedači su dobili izgovor koji im je odgovarao.

Gluoni također NISU nađeni u prirodi. Činjenica je da samo vektorski mezon (i još jedno od pobuđenih stanja mezona) mogu imati jedinični spin u prirodi, ali svaki vektorski mezon ima antičesticu. - Zbog toga vektorski mezoni nisu pogodni kandidati za "gluone". Prvih devet pobuđenih stanja mezona ostaje, ali 2 od njih su u suprotnosti sa samim Standardnim modelom i Standardni model ne priznaje njihovo postojanje u prirodi, a ostala je fizika dobro proučila i neće ih biti moguće odbaciti kao fantastični gluoni. Postoji još jedna posljednja opcija: predati vezano stanje para leptona (muona ili tau leptona) kao gluon - ali čak i to se može izračunati tokom raspada.

dakle, U prirodi također nema gluona, kao što nema kvarkova i fiktivne snažne interakcije u prirodi..
Mislite da pristalice Standardnog modela to ne razumiju – još uvijek razumiju, ali jednostavno je bolesno priznati zabludu onoga što su radili decenijama. Zato vidimo nove matematičke bajke („teorija nizova“ itd.).

10 Nova fizika: Proton - sažetak

U glavnom dijelu članka nisam detaljno govorio o vilinskim kvarkovima (sa vilinskim gluonima), jer oni NISU u prirodi i nema smisla puniti glavu bajkama (nepotrebno) - i bez osnovnih elemenata temelj: kvarkovi sa gluonima, standardni model se urušio - vrijeme njegove dominacije u fizici POTPUNO (vidi Standardni model).

Možete ignorisati mesto elektromagnetizma u prirodi koliko god želite (susrećući ga na svakom koraku: svetlost, toplotno zračenje, struja, televizija, radio, telefonske komunikacije, uključujući mobilne, internet, bez kojih čovečanstvo ne bi znalo za postojanje elementarnih čestica Teorije polja, ...), i nastavljaju izmišljati nove bajke kako bi zamijenile one bankrotirane, pretvarajući ih u nauku; možete, uz upornost dostojnu bolje upotrebe, nastaviti da ponavljate napamet naučene PRIČE Standardnog modela i Kvantne teorije; ali elektromagnetna polja u prirodi bila su, jesu, bit će i mogu sasvim dobro bez virtuelnih čestica iz bajke, kao i gravitacije koju stvaraju elektromagnetna polja, ali bajke imaju vrijeme rođenja i vrijeme kada prestaju utjecati na ljude. Što se tiče prirode, nju NE BRIGA do bajke ili bilo koje druge književne aktivnosti čovjeka, čak i ako se za njih dodjeljuje Nobelova nagrada za fiziku. Priroda je strukturirana onako kako je strukturirana, a zadatak FIZIKE-NAUKE je da je razumije i opiše.

Sada se pred vama otvorio novi svijet - svijet dipolnih polja, za čije postojanje fizika 20. stoljeća nije ni slutila. Vidjeli ste da proton nema jedan, već dva električna naboja (spoljni i unutrašnji) i dva odgovarajuća električna radijusa. Vidjeli ste od čega se sastoji masa mirovanja protona i da imaginarni Higsov bozon nije radio (odluke Nobelovog komiteta još nisu prirodni zakoni...). Štaviše, veličina mase i životni vijek zavise od polja u kojima se proton nalazi. Samo zato što je slobodni proton stabilan ne znači da će ostati stabilan uvijek i svuda (u atomskim jezgrima se uočavaju raspadi protona). Sve ovo prevazilazi koncepte koji su dominirali fizikom u drugoj polovini dvadesetog veka. - Fizika 21. veka - Nova fizika prelazi na novi nivo znanja o materiji, a očekuju nas nova zanimljiva otkrića.

Vladimir Gorunovich

Vodik, element koji ima najjednostavniju strukturu. Ima pozitivan naboj i gotovo neograničen vijek trajanja. To je najstabilnija čestica u Univerzumu. Protoni proizvedeni Velikim praskom još se nisu raspali. Masa protona je 1,627*10-27 kg ili 938,272 eV. Češće se ova vrijednost izražava u elektronvoltima.

Proton je otkrio "otac" nuklearne fizike, Ernest Rutherford. On je iznio hipotezu da se jezgra atoma svih kemijskih elemenata sastoje od protona, jer njihova masa cijeli broj puta premašuje jezgro atoma vodika. Rutherford je izveo zanimljiv eksperiment. Tada je već bila otkrivena prirodna radioaktivnost nekih elemenata. Koristeći alfa zračenje (alfa čestice su visokoenergetska jezgra helijuma), naučnik je ozračio atome dušika. Kao rezultat ove interakcije, čestica je izletjela. Rutherford je sugerirao da je to bio proton. Dalji eksperimenti u Wilsonovoj komori s mjehurićima potvrdili su njegovu pretpostavku. Tako je 1913. otkrivena nova čestica, ali se Rutherfordova hipoteza o sastavu jezgra pokazala neodrživom.

Otkriće neutrona

Veliki naučnik pronašao je grešku u svojim proračunima i iznio hipotezu o postojanju još jedne čestice koja je dio jezgra i ima gotovo istu masu kao proton. Eksperimentalno to nije mogao otkriti.

To je 1932. godine uradio engleski naučnik Džejms Čedvik. Izveo je eksperiment u kojem je bombardirao atome berilijuma visokoenergetskim alfa česticama. Kao rezultat nuklearne reakcije, iz jezgre berilijuma je emitovana čestica, kasnije nazvana neutron. Za svoje otkriće, Chadwick je tri godine kasnije dobio Nobelovu nagradu.

Masa neutrona se zaista malo razlikuje od mase protona (1,622 * 10-27 kg), ali ova čestica nema naboj. U tom smislu je neutralan i istovremeno sposoban da izazove fisiju teških jezgara. Zbog nedostatka naboja, neutron može lako proći kroz visoku kulonovsku potencijalnu barijeru i prodrijeti u strukturu jezgra.

Proton i neutron imaju kvantna svojstva (mogu pokazati svojstva čestica i talasa). Neutronsko zračenje se koristi u medicinske svrhe. Visoka sposobnost prodiranja omogućava ovom zračenju da ionizira duboko smještene tumore i druge maligne formacije i otkrije ih. U ovom slučaju, energija čestica je relativno niska.

Neutron je, za razliku od protona, nestabilna čestica. Njegov životni vijek je oko 900 sekundi. Raspada se na proton, elektron i elektronski neutrino.

, elektromagnetne i gravitacione

U fizici se proton označava str(ili str+ ). Hemijska oznaka protona (koji se smatra pozitivnim jonom vodika) je H +, astrofizička oznaka je HII.

Otvaranje

Protonska svojstva

Odnos mase protona i elektrona, jednak 1836,152 673 89(17), sa tačnošću od 0,002% jednak je vrednosti 6π 5 = 1836,118...

Unutrašnju strukturu protona prvi je eksperimentalno proučavao R. Hofstadter proučavajući kolizije snopa elektrona visoke energije (2 GeV) sa protonima (Nobelova nagrada za fiziku 1961.). Proton se sastoji od teškog jezgra (jezgra) poluprečnika cm, sa velikom gustinom mase i naboja, nosi ≈ 35% (\displaystyle \približno 35\,\%) električni naboj protona i relativno rijetka ljuska koja ga okružuje. Na udaljenosti od ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \približno 0(,)25\cdot 10^(-13)) prije ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \približno 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm ova ljuska se uglavnom sastoji od virtuelnih ρ - i π -mezona koji nose ≈ 50% (\displaystyle \približno 50\,\%) električni naboj protona, a zatim na daljinu ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \približno 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm proteže ljusku virtuelnih ω - i π -mezona, noseći ~15% električnog naboja protona.

Pritisak u centru protona koji stvaraju kvarkovi je oko 10 35 Pa (10 30 atmosfera), odnosno viši je od pritiska unutar neutronskih zvezda.

Postoje tri fizičke veličine povezane s protonom koje imaju dimenziju dužine:

Takozvani slab naboj protona Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, što određuje njegovo učešće u slabim interakcijama kroz razmjenu Z 0 bozon (slično kako električni naboj čestice određuje njeno učešće u elektromagnetnim interakcijama razmjenom fotona) je 0,0719 ± 0,0045, prema eksperimentalnim mjerenjima kršenja pariteta tokom raspršenja polariziranih elektrona na protone. Izmjerena vrijednost je u skladu, unutar eksperimentalne greške, sa teorijskim predviđanjima Standardnog modela (0,0708 ± 0,0003).

Stabilnost

Aplikacija

vidi takođe

Bilješke

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamentalne fizičke konstante --- Kompletna lista
CODATA Vrijednost: masa protona
CODATA Vrijednost: masa protona u u
Ahmed S.; et al. (2004). “Ograničenja raspada nukleona preko nevidljivih modova sa opservatorije za neutrino Sudbury.” Physical Review Letters. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Vrijednost: maseni ekvivalent energije protona u MeV
CODATA Vrijednost: omjer mase proton-elektron
, With. 67.
Hofstadter P. Struktura jezgara i nukleona // Phys. - 1963. - T. 81, br. 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K. I. Virtualni procesi i struktura nukleona // Fizika mikrosvijeta - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Ždanov G. B. Elastično raspršenje, periferne interakcije i rezonancije // High Energy Particles. Visoke energije u svemiru i laboratorijama - M.: Nauka, 1965. - P. 132.
Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. Raspodjela tlaka unutar protona // Priroda. - 2018. - maj (sv. 557, br. 7705). - P. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
Bethe, G., Morrison F. Elementarna teorija jezgra. - M: IL, 1956. - Str. 48.