Massa proton. Siapa dan kapan menemukan proton dan neutron

Proton mengambil bagian dalam reaksi termonuklir, yang merupakan sumber energi utama yang dihasilkan oleh bintang. Khususnya, reaksi hal-siklus, yang merupakan sumber dari hampir seluruh energi yang dipancarkan Matahari, bermuara pada penggabungan empat proton menjadi inti helium-4 dengan transformasi dua proton menjadi neutron.

Dalam fisika, proton dilambangkan P(atau P+ ). Sebutan kimia proton (dianggap sebagai ion hidrogen positif) adalah H+, sebutan astrofisikanya adalah HII.

Pembukaan [ | ]

Sifat proton[ | ]

Perbandingan massa proton dan elektron sebesar 1836.152 673 89(17), dengan ketelitian 0.002% sama dengan nilai 6π 5 = 1836.118...

Struktur internal proton pertama kali dipelajari secara eksperimental oleh R. Hofstadter dengan mempelajari tumbukan berkas elektron berenergi tinggi (2 GeV) dengan proton (Penghargaan Nobel Fisika 1961). Proton terdiri dari inti (inti) yang berat dengan jari-jari cm, dengan massa jenis dan muatan yang tinggi, membawa ≈ 35% (\displaystyle \kira-kira 35\%) muatan listrik proton dan cangkang yang relatif tipis di sekitarnya. Di kejauhan dari ≈ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \kira-kira 0,25\cdot 10^(-13)) sebelum ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \kira-kira 1,4\cdot 10^(-13)) cm cangkang ini sebagian besar terdiri dari ρ - dan π -meson virtual yang dibawa ≈ 50% (\displaystyle \kira-kira 50\%) muatan listrik proton, lalu ke jarak ≈ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \kira-kira 2,5\cdot 10^(-13)) cm memperluas cangkang meson virtual ω - dan π, membawa ~15% muatan listrik proton.

Tekanan di pusat proton yang diciptakan oleh quark adalah sekitar 10 35 Pa (10 30 atmosfer), lebih tinggi dari tekanan di dalam bintang neutron.

Momen magnet suatu proton diukur dengan mengukur rasio frekuensi resonansi presesi momen magnet proton dalam medan magnet seragam tertentu dan frekuensi siklotron orbit melingkar proton dalam medan yang sama.

Ada tiga besaran fisis yang berhubungan dengan proton yang mempunyai dimensi panjang:

Pengukuran jari-jari proton menggunakan atom hidrogen biasa, yang dilakukan dengan berbagai metode sejak tahun 1960-an, membuahkan hasil (CODATA -2014) 0,8751 ± 0,0061 femtometer(1 fm = 10 −15 m). Eksperimen pertama dengan atom hidrogen muonik (di mana elektron digantikan oleh muon) memberikan hasil 4% lebih kecil untuk radius ini: 0,84184 ± 0,00067 fm. Alasan perbedaan ini masih belum jelas.

Yang disebut proton Q w ≈ 1 − 4 dosa 2 θ W, yang menentukan partisipasinya dalam interaksi lemah melalui pertukaran Z 0 boson (mirip dengan bagaimana muatan listrik suatu partikel menentukan partisipasinya dalam interaksi elektromagnetik melalui pertukaran foton) adalah 0,0719 ± 0,0045, menurut pengukuran eksperimental pelanggaran paritas selama hamburan elektron terpolarisasi pada proton. Nilai yang diukur konsisten, dalam kesalahan eksperimen, dengan prediksi teoretis Model Standar (0,0708 ± 0,0003).

Stabilitas [ | ]

Proton bebas stabil, studi eksperimental belum menunjukkan tanda-tanda peluruhannya (batas bawah masa pakainya adalah 2,9⋅10 29 tahun terlepas dari saluran peluruhannya, 8,2⋅10 33 tahun untuk peluruhan menjadi positron dan pion netral, 6,6⋅ 10 33 tahun untuk peluruhan menjadi muon positif dan pion netral). Karena proton adalah baryon yang paling ringan, kestabilan proton merupakan konsekuensi dari hukum kekekalan bilangan baryon - proton tidak dapat meluruh menjadi partikel yang lebih ringan (misalnya, menjadi positron dan neutrino) tanpa melanggar hukum ini. Namun, banyak perluasan teoretis dari Model Standar memperkirakan proses (yang belum teramati) yang akan mengakibatkan nonkonservasi bilangan baryon dan karenanya peluruhan proton.

Proton yang terikat dalam inti atom mampu menangkap elektron dari elektron kulit K-, L- atau M atom (disebut “penangkapan elektron”). Sebuah proton dari inti atom, setelah menyerap sebuah elektron, berubah menjadi neutron dan pada saat yang sama memancarkan neutrino: p+e − →+ν e . Sebuah “lubang” pada lapisan K-, L-, atau M yang dibentuk oleh penangkapan elektron diisi dengan elektron dari salah satu lapisan elektron di atasnya atom, memancarkan sinar-X karakteristik yang sesuai dengan nomor atom. Z− 1, dan/atau elektron Auger. Lebih dari 1000 isotop dari 7 diketahui
4 hingga 262
105, meluruh dengan penangkapan elektron. Pada energi peluruhan yang tersedia cukup tinggi (di atas 2saya dan c 2 ≈ 1,022 MeV) saluran peluruhan yang bersaing terbuka - peluruhan positron hal → +e ++ν e . Perlu ditekankan bahwa proses ini hanya mungkin terjadi untuk proton di beberapa inti, di mana energi yang hilang diisi kembali melalui transisi neutron yang dihasilkan ke kulit inti yang lebih rendah; untuk proton bebas mereka dilarang oleh hukum kekekalan energi.

Sumber proton dalam kimia adalah asam mineral (nitrat, sulfat, fosfat, dan lain-lain) dan asam organik (format, asetat, oksalat, dan lain-lain). Dalam larutan berair, asam mampu berdisosiasi dengan eliminasi proton, membentuk kation hidronium.

Dalam fase gas, proton diperoleh melalui ionisasi - penghilangan elektron dari atom hidrogen. Potensi ionisasi atom hidrogen yang tidak tereksitasi adalah 13,595 eV. Ketika molekul hidrogen terionisasi oleh elektron cepat pada tekanan atmosfer dan suhu kamar, ion hidrogen molekul (H 2 +) awalnya terbentuk - sistem fisik yang terdiri dari dua proton yang disatukan pada jarak 1,06 oleh satu elektron. Stabilitas sistem seperti itu, menurut Pauling, disebabkan oleh resonansi elektron antara dua proton dengan “frekuensi resonansi” sebesar 7·10 14 s −1. Ketika suhu naik hingga beberapa ribu derajat, komposisi produk ionisasi hidrogen berubah menjadi proton - H +.

Aplikasi [ | ]

Berkas proton yang dipercepat digunakan dalam eksperimen fisika partikel elementer (studi tentang proses hamburan dan produksi berkas partikel lain), dalam pengobatan (terapi proton untuk kanker).

Lihat juga [ | ]

Catatan [ | ]

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Konstanta Fisika Dasar --- Daftar Lengkap
Nilai CODATA: massa proton
Nilai CODATA: massa proton dalam u
Ahmed S.; dkk. (2004). “Kendala Peluruhan Nuklir melalui Mode Tak Terlihat dari Observatorium Neutrino Sudbury.” Surat Tinjauan Fisik. 92 (10): 102004.arXiv: hep-ex/0310030. Kode Bib:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
Nilai CODATA: setara energi massa proton dalam MeV
Nilai CODATA: rasio massa proton-elektron
, Dengan. 67.
Hofstadter P.Sejarah pertemuanHofstadter P. Struktur inti dan nukleon // Phys. - 1963. - T.81, No.1. - Hal.185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K.I. Proses virtual dan struktur nukleon // Fisika Dunia Mikro - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Hamburan elastis, interaksi periferal, dan resonansi // Partikel Energi Tinggi. Energi tinggi di ruang angkasa dan laboratorium - M.: Nauka, 1965. - P. 132.

DEFINISI

Proton disebut partikel stabil yang termasuk dalam golongan hadron, yaitu inti atom hidrogen.

Para ilmuwan tidak sepakat mengenai peristiwa ilmiah mana yang harus dianggap sebagai penemuan proton. Peran penting dalam penemuan proton dimainkan oleh:

penciptaan model atom planet oleh E. Rutherford;
penemuan isotop oleh F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
pengamatan perilaku inti atom hidrogen ketika tersingkir oleh partikel alfa dari inti nitrogen oleh E. Rutherford.

Foto pertama jejak proton diperoleh oleh P. Blackett di ruang awan saat mempelajari proses transformasi unsur secara buatan. Blackett mempelajari proses penangkapan partikel alfa oleh inti nitrogen. Dalam proses ini, sebuah proton dipancarkan dan inti nitrogen diubah menjadi isotop oksigen.

Proton, bersama dengan neutron, adalah bagian dari inti semua unsur kimia. Jumlah proton dalam inti menentukan nomor atom suatu unsur dalam tabel periodik D.I. Mendeleev.

Proton adalah partikel bermuatan positif. Muatannya sama besarnya dengan muatan dasar, yaitu nilai muatan elektron. Muatan suatu proton sering dilambangkan dengan , maka kita dapat menulis bahwa:

Saat ini diyakini bahwa proton bukanlah partikel elementer. Ia memiliki struktur yang kompleks dan terdiri dari dua u-quark dan satu d-quark. Muatan listrik u-quark () adalah positif dan sama dengan

Muatan listrik d-quark () bernilai negatif dan sama dengan:

Quark menghubungkan pertukaran gluon, yang merupakan kuanta medan; mereka mengalami interaksi yang kuat. Fakta bahwa proton memiliki beberapa pusat hamburan titik dalam strukturnya dikonfirmasi oleh eksperimen hamburan elektron oleh proton.

Proton memiliki ukuran terbatas, yang masih diperdebatkan oleh para ilmuwan. Saat ini, proton direpresentasikan sebagai awan yang memiliki batas kabur. Batas seperti itu terdiri dari partikel maya yang terus muncul dan musnah. Namun dalam sebagian besar permasalahan sederhana, proton tentu saja dapat dianggap sebagai muatan titik. Massa sisa proton () kira-kira sama dengan:

Massa proton 1836 kali lebih besar dari massa elektron.

Proton mengambil bagian dalam semua interaksi mendasar: interaksi kuat menyatukan proton dan neutron menjadi inti, elektron dan proton bergabung menjadi atom menggunakan interaksi elektromagnetik. Sebagai interaksi lemah, kita dapat mengutip, misalnya, peluruhan beta sebuah neutron (n):

dimana p adalah proton; — elektron; - antineutrino.

Peluruhan proton belum diperoleh. Ini adalah salah satu masalah fisika modern yang penting, karena penemuan ini akan menjadi langkah penting dalam memahami kesatuan kekuatan alam.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan

Inti atom natrium dibombardir dengan proton. Berapakah gaya tolak menolak elektrostatik proton dari inti atom jika proton berada pada jarak

m. Misalkan muatan inti atom natrium 11 kali lebih besar dari muatan proton. Pengaruh kulit elektron atom natrium dapat diabaikan.

Larutan

Sebagai dasar penyelesaian soal, kita ambil hukum Coulomb, yang dapat dituliskan untuk soal kita (dengan asumsi partikel adalah partikel titik) sebagai berikut:

dimana F adalah gaya interaksi elektrostatis partikel bermuatan; Cl—muatan proton; - muatan inti atom natrium; - konstanta vakum dielektrik; - konstanta listrik. Dengan menggunakan data yang kita miliki, kita dapat menghitung gaya tolak menolak yang diperlukan:

Menjawab

CONTOH 2

Latihan

Mengingat model atom hidrogen yang paling sederhana, diyakini bahwa elektron bergerak dalam orbit melingkar di sekitar proton (inti atom hidrogen). Berapa kecepatan elektron jika jari-jari orbitnya m?

Larutan

Mari kita perhatikan gaya-gaya (Gbr. 1) yang bekerja pada elektron yang bergerak melingkar. Inilah gaya tarik menarik dari proton. Menurut hukum Coulomb, kita tuliskan bahwa nilainya sama dengan ():

dimana =— muatan elektron; - muatan proton; - konstanta listrik. Gaya tarik menarik antara elektron dan proton pada titik mana pun pada orbit elektron diarahkan dari elektron ke proton sepanjang jari-jari lingkaran.

Proton (partikel unsur)

Teori medan partikel elementer, yang beroperasi dalam kerangka ILMU PENGETAHUAN, didasarkan pada landasan yang dibuktikan oleh FISIKA:

Elektrodinamika klasik,
Mekanika kuantum (tanpa partikel maya yang bertentangan dengan hukum kekekalan energi),
Hukum konservasi adalah hukum dasar fisika.

Inilah perbedaan mendasar antara pendekatan ilmiah yang digunakan dengan teori medan partikel elementer - sebuah teori yang benar harus beroperasi secara ketat sesuai dengan hukum alam: inilah ILMU PENGETAHUAN.

Menggunakan partikel elementer yang tidak ada di alam, menciptakan interaksi fundamental yang tidak ada di alam, atau mengganti interaksi yang ada di alam dengan interaksi luar biasa, mengabaikan hukum alam, melakukan manipulasi matematis dengannya (menciptakan tampilan sains) - inilah banyak FAIRY TALES yang dianggap sebagai sains. Akibatnya, fisika tergelincir ke dalam dunia dongeng matematika. Karakter dongeng Model Standar (quark dengan gluon), bersama dengan dongeng graviton dan dongeng "Teori Kuantum", telah menembus buku teks fisika - dan menyesatkan anak-anak, menganggap dongeng matematika sebagai kenyataan. Para pendukung Fisika Baru yang jujur mencoba menolak hal ini, tetapi kekuatannya tidak seimbang. Hal ini terjadi hingga tahun 2010, sebelum munculnya teori medan partikel elementer, ketika perjuangan untuk kebangkitan kembali ILMU FISIKA berpindah ke tingkat konfrontasi terbuka antara teori ilmiah asli dan dongeng matematika yang merebut kekuasaan dalam fisika. dunia mikro (dan tidak hanya).

Namun umat manusia tidak akan mengetahui pencapaian Fisika Baru tanpa internet, mesin pencari, dan kemampuan untuk secara bebas mengungkapkan kebenaran di halaman situs. Adapun publikasi yang menghasilkan uang dari ilmu pengetahuan, siapa yang membacanya saat ini untuk mendapatkan uang ketika informasi yang diperlukan dapat diperoleh dengan cepat dan bebas di Internet.

1 Proton adalah partikel elementer
2 Ketika fisika tetap menjadi ilmu
3 Proton dalam fisika
4 Jari-jari proton
5 Momen magnetik proton
6 Medan listrik proton

Ernest Rutherford pada tahun 1919, menyinari inti nitrogen dengan partikel alfa, mengamati pembentukan inti hidrogen. Rutherford menyebut partikel yang terbentuk akibat tumbukan itu sebagai proton. Foto pertama jejak proton di ruang awan diambil pada tahun 1925 oleh Patrick Blackett. Namun ion hidrogen sendiri (yang merupakan proton) telah dikenal jauh sebelum eksperimen Rutherford.
Saat ini, di abad ke-21, fisika dapat menjelaskan lebih banyak tentang proton.

1 Proton adalah partikel elementer

Gagasan fisika tentang struktur proton berubah seiring berkembangnya fisika.
Fisika awalnya menganggap proton sebagai partikel elementer hingga tahun 1964, ketika GellMann dan Zweig secara independen mengajukan hipotesis quark.

Awalnya, model quark hadron dibatasi hanya pada tiga quark hipotetis dan antipartikelnya. Hal ini memungkinkan untuk mendeskripsikan dengan tepat spektrum partikel elementer yang diketahui pada waktu itu, tanpa memperhitungkan lepton, yang tidak sesuai dengan model yang diusulkan dan oleh karena itu diakui sebagai partikel elementer bersama dengan quark. Akibat dari hal ini adalah masuknya muatan listrik pecahan yang tidak ada di alam. Kemudian, seiring perkembangan fisika dan tersedianya data eksperimen baru, model quark secara bertahap tumbuh dan bertransformasi, yang akhirnya menjadi Model Standar.

Fisikawan telah rajin mencari partikel hipotetis baru. Pencarian quark dilakukan di sinar kosmik, di alam (karena muatan listrik fraksionalnya tidak dapat dikompensasi) dan di akselerator.
Puluhan tahun berlalu, kekuatan akselerator bertambah, dan hasil pencarian quark hipotetis selalu sama: Quark TIDAK ditemukan di alam.

Melihat prospek kematian model quark (dan kemudian Standar), para pendukungnya menyusun dan menyebarkan kepada umat manusia sebuah dongeng bahwa jejak quark diamati dalam beberapa eksperimen. - Tidak mungkin untuk memverifikasi informasi ini - data eksperimen diproses menggunakan Model Standar, dan akan selalu memberikan sesuatu sesuai kebutuhan. Sejarah fisika mengetahui contoh-contoh ketika, alih-alih satu partikel, partikel lain dimasukkan - manipulasi data eksperimen yang terakhir adalah tergelincirnya meson vektor sebagai Higgs boson yang luar biasa, yang dianggap bertanggung jawab atas massa partikel, tetapi pada saat yang sama waktu tidak menciptakan medan gravitasinya. Kisah matematika ini bahkan dianugerahi Hadiah Nobel Fisika. Dalam kasus kami, gelombang berdiri dari medan elektromagnetik bolak-balik, yang menjadi dasar penulisan teori gelombang partikel elementer, dimasukkan sebagai fairy quark.

Ketika takhta di bawah model standar mulai berguncang lagi, para pendukungnya menyusun dan menyelipkan dongeng baru kepada umat manusia untuk anak-anak kecil, yang disebut “Kurungan.” Setiap orang yang berpikir akan segera melihatnya sebagai ejekan terhadap hukum kekekalan energi - hukum alam yang mendasar. Namun para pendukung Model Standar tidak ingin melihat KENYATAAN.

2 Ketika fisika tetap menjadi ilmu

Ketika fisika masih menjadi ilmu pengetahuan, kebenaran ditentukan bukan oleh pendapat mayoritas - tetapi oleh eksperimen. Inilah perbedaan mendasar antara ILMU FISIKA dan dongeng matematika yang dianggap sebagai fisika.
Semua eksperimen mencari quark hipotetis(kecuali, tentu saja, karena menyelipkan keyakinan Anda dengan kedok data eksperimen) telah menunjukkan dengan jelas: TIDAK ada quark di alam.

Kini para pendukung Model Standar mencoba mengganti hasil semua eksperimen, yang menjadi hukuman mati bagi Model Standar, dengan opini kolektif mereka, menjadikannya sebagai kenyataan. Namun tidak peduli berapa lama dongeng itu berlanjut, tetap akan ada akhir. Satu-satunya pertanyaan adalah seperti apa akhirnya: para pendukung Model Standar akan menunjukkan kecerdasan, keberanian, dan mengubah posisi mereka setelah keputusan eksperimen dengan suara bulat (atau lebih tepatnya: keputusan ALAM), atau mereka akan dimasukkan ke dalam sejarah di tengah-tengah tawa universal Fisika baru - fisika abad ke-21, seperti pendongeng yang mencoba menipu seluruh umat manusia. Pilihan ada di tangan mereka.

Sekarang tentang proton itu sendiri.

3 Proton dalam fisika

Proton adalah partikel elementer bilangan kuantum L=3/2 (spin = 1/2) - gugus baryon, subgrup proton, muatan listrik +e (sistematisasi menurut teori medan partikel elementer).
Menurut teori medan partikel elementer (sebuah teori yang dibangun di atas landasan ilmiah dan satu-satunya teori yang menerima spektrum yang benar dari semua partikel elementer), proton terdiri dari medan elektromagnetik bolak-balik terpolarisasi yang berputar dengan komponen konstan. Semua pernyataan Model Standar yang tidak berdasar bahwa proton diduga terdiri dari quark tidak ada hubungannya dengan kenyataan. - Fisika telah membuktikan secara eksperimental bahwa proton memiliki medan elektromagnetik, dan juga medan gravitasi. Fisika dengan cemerlang menebak bahwa partikel elementer tidak hanya memiliki, tetapi juga terdiri dari, medan elektromagnetik 100 tahun yang lalu, tetapi teori tersebut baru dapat dibangun pada tahun 2010. Kini, pada tahun 2015, juga muncul teori gravitasi partikel elementer, yang menetapkan sifat elektromagnetik gravitasi dan memperoleh persamaan medan gravitasi partikel elementer, berbeda dengan persamaan gravitasi, yang menjadi dasar lebih dari satu persamaan matematika. dongeng dalam fisika dibangun.

Saat ini, teori medan partikel elementer (berbeda dengan Model Standar) tidak bertentangan dengan data eksperimen tentang struktur dan spektrum partikel elementer dan oleh karena itu dapat dianggap oleh fisika sebagai teori yang bekerja di alam.

Struktur medan elektromagnetik proton(Medan listrik konstan-E, medan magnet konstan-H, medan elektromagnetik bolak-balik ditandai dengan warna kuning)
Keseimbangan energi (persentase energi internal total):

medan listrik konstan (E) - 0,346%,
medan magnet konstan (H) - 7,44%,
medan elektromagnetik bolak-balik - 92,21%.

Oleh karena itu untuk proton m 0~ =0,9221m 0 dan sekitar 8 persen massanya terkonsentrasi dalam medan listrik dan magnet yang konstan. Perbandingan antara energi yang terkonsentrasi dalam medan magnet konstan suatu proton dan energi yang terkonsentrasi dalam medan listrik konstan adalah 21,48. Hal ini menjelaskan adanya gaya nuklir pada proton.

Medan listrik proton terdiri dari dua wilayah: wilayah luar yang bermuatan positif dan wilayah dalam yang bermuatan negatif. Perbedaan muatan daerah luar dan dalam menentukan muatan listrik total proton +e. Kuantisasinya didasarkan pada geometri dan struktur partikel elementer.

Dan seperti inilah interaksi mendasar partikel-partikel elementer yang sebenarnya ada di alam:

4 Jari-jari proton

Teori medan partikel elementer mendefinisikan jari-jari (r) suatu partikel sebagai jarak dari pusat ke titik di mana kepadatan massa maksimum tercapai.

Untuk sebuah proton, nilainya adalah 3,4212 ∙10 -16 m. Untuk ini kita harus menambahkan ketebalan lapisan medan elektromagnetik, dan jari-jari wilayah ruang yang ditempati oleh proton akan diperoleh:

Untuk sebuah proton, jaraknya adalah 4,5616 ∙10 -16 m. Jadi, batas terluar proton terletak pada jarak 4,5616 ∙10 -16 m dari pusat partikel medan magnet listrik dan konstan proton, menurut hukum elektrodinamika, berada di luar radius ini.

5 Momen magnetik proton

Berbeda dengan teori kuantum, teori medan partikel elementer menyatakan bahwa medan magnet partikel elementer tidak diciptakan oleh putaran putaran muatan listrik, tetapi ada bersamaan dengan medan listrik konstan sebagai komponen konstan medan elektromagnetik. Itu sebabnya Semua partikel elementer dengan bilangan kuantum L>0 memiliki medan magnet konstan.
Teori medan partikel elementer tidak menganggap momen magnet proton sebagai anomali - nilainya ditentukan oleh sekumpulan bilangan kuantum sejauh mekanika kuantum bekerja dalam partikel elementer.
Jadi momen magnet utama sebuah proton diciptakan oleh dua arus:

(+) dengan momen magnet +2 (eħ/m 0 s)
(-) dengan momen magnet -0,5 (eħ/m 0 s)

Untuk memperoleh momen magnet yang dihasilkan suatu proton, maka perlu dijumlahkan kedua momen tersebut, dikalikan dengan persentase energi yang terkandung dalam gelombang medan elektromagnetik bolak-balik proton (dibagi 100%) dan dijumlahkan dengan komponen spin (lihat Teori Medan). partikel elementer. Bagian 2, bagian 3.2), sebagai hasilnya kita mendapatkan 1.3964237 eh/m 0p c. Untuk mengubahnya menjadi magneton nuklir biasa, angka yang dihasilkan harus dikalikan dua - hasilnya kita mendapatkan 2,7928474.

Ketika ilmu fisika berasumsi bahwa momen magnetik partikel elementer dihasilkan oleh putaran putaran muatan listriknya, satuan yang tepat diusulkan untuk mengukurnya: untuk proton adalah eh/2m 0p c (ingat bahwa nilai putaran proton adalah 1 /2) disebut magneton nuklir. Sekarang 1/2 dapat dihilangkan, karena tidak membawa muatan semantik, dan dibiarkan saja eh/m 0p c.

Tapi serius, tidak ada arus listrik di dalam partikel elementer, tapi ada medan magnet (dan tidak ada muatan listrik, tapi ada medan listrik). Tidak mungkin mengganti medan magnet asli partikel elementer dengan medan magnet arus (serta medan listrik asli partikel elementer dengan medan muatan listrik), tanpa kehilangan akurasi - medan ini memiliki sifat yang berbeda. Ada beberapa elektrodinamika lain di sini - Elektrodinamika Fisika Lapangan, yang belum diciptakan, seperti Fisika Lapangan itu sendiri.

6 Medan listrik proton

6.1 Medan listrik proton di zona jauh

Pengetahuan fisika tentang struktur medan listrik proton telah berubah seiring berkembangnya fisika. Awalnya diyakini bahwa medan listrik proton adalah medan muatan listrik titik +e. Untuk bidang ini akan ada:
potensi medan listrik proton di titik (A) pada zona jauh (r > > rp) tepatnya, dalam sistem SI sama dengan:

ketegangan E medan listrik proton pada zona jauh (r > > r p) tepatnya, dalam sistem SI sama dengan:

Di mana N = R/|r| - vektor satuan dari pusat proton searah titik pengamatan (A), r - jarak pusat proton ke titik pengamatan, e - muatan listrik dasar, vektor dicetak tebal, ε 0 - konstanta listrik, r p =Lħ /(m 0~ c ) adalah jari-jari proton dalam teori medan, L adalah bilangan kuantum utama proton dalam teori medan, ħ adalah konstanta Planck, m 0~ adalah jumlah massa yang terkandung dalam medan elektromagnetik bolak-balik sebesar proton dalam keadaan diam, C adalah kecepatan cahaya. (Tidak ada pengali dalam sistem GHS. Pengganda SI.)

Ekspresi matematis berikut ini benar untuk zona jauh medan listrik proton: rp, tetapi fisika kemudian berasumsi bahwa validitasnya juga meluas ke zona dekat, hingga jarak orde 10 -14 cm.

6.2 Muatan listrik proton

Pada paruh pertama abad ke-20, fisika percaya bahwa proton hanya memiliki satu muatan listrik dan sama dengan +e.

Setelah munculnya hipotesis quark, fisika menyatakan bahwa di dalam proton tidak hanya terdapat satu, melainkan tiga muatan listrik: dua muatan listrik +2e/3 dan satu muatan listrik -e/3. Secara total, muatan ini menghasilkan +e. Hal ini dilakukan karena fisika menyatakan bahwa proton memiliki struktur yang kompleks dan terdiri dari dua quark up dengan muatan +2e/3 dan satu d quark dengan muatan -e/3. Tetapi quark tidak ditemukan baik di alam maupun di akselerator pada energi apa pun, dan keberadaannya tetap diyakini (yang dilakukan oleh para pendukung Model Standar) atau mencari struktur partikel elementer yang lain. Tetapi pada saat yang sama, informasi eksperimental tentang partikel elementer terus terakumulasi dalam fisika, dan ketika informasi tersebut terkumpul cukup untuk memikirkan kembali apa yang telah dilakukan, lahirlah teori medan partikel elementer.

Menurut teori medan partikel elementer, medan listrik konstan partikel elementer dengan bilangan kuantum L>0, baik bermuatan maupun netral, diciptakan oleh komponen konstan medan elektromagnetik dari partikel elementer yang bersangkutan(bukan muatan listrik yang menjadi akar penyebab medan listrik, seperti yang diyakini fisika pada abad ke-19, tetapi medan listrik partikel elementer sedemikian rupa sehingga sesuai dengan medan muatan listrik). Dan medan muatan listrik timbul akibat adanya asimetri antara belahan luar dan dalam sehingga menimbulkan medan listrik yang berlawanan tanda. Untuk partikel elementer bermuatan, medan muatan listrik elementer dihasilkan di zona jauh, dan tanda muatan listrik ditentukan oleh tanda medan listrik yang dihasilkan oleh belahan bumi luar. Pada zona dekat, medan ini mempunyai struktur yang kompleks dan bersifat dipol, namun tidak mempunyai momen dipol. Untuk gambaran perkiraan medan ini sebagai sistem muatan titik, diperlukan setidaknya 6 "quark" di dalam proton - akan lebih akurat jika kita mengambil 8 "quark". Jelas bahwa muatan listrik dari “quark” tersebut akan sangat berbeda dari apa yang dipertimbangkan oleh model standar (dengan quarknya).

Teori medan partikel elementer telah menetapkan bahwa proton, seperti partikel elementer bermuatan positif lainnya, dapat dibedakan dua muatan listrik dan, karenanya, dua jari-jari listrik:

jari-jari listrik konstanta luar medan listrik (muatan q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
jari-jari listrik konstanta medan listrik internal (muatan q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.

Karakteristik medan listrik proton ini sesuai dengan distribusi teori medan pertama partikel elementer. Fisika belum secara eksperimental menetapkan keakuratan distribusi ini dan distribusi mana yang paling akurat sesuai dengan struktur nyata medan listrik konstan proton di zona dekat, serta struktur medan listrik proton di zona dekat. (pada jarak orde rp). Seperti yang bisa Anda lihat, besar muatan listrik hampir sama dengan muatan quark (+4/3e=+1.333e dan -1/3e=-0.333e) pada proton, namun tidak seperti quark, medan elektromagnetik ada di alam, dan dengan struktur konstanta yang serupa Setiap partikel elementer bermuatan positif memiliki medan listrik, berapapun besarnya putaran dan... .

Nilai jari-jari listrik setiap partikel elementer bersifat unik dan ditentukan oleh bilangan kuantum utama dalam teori medan L, nilai massa diam, persentase energi yang terkandung dalam medan elektromagnetik bolak-balik (tempat mekanika kuantum bekerja). ) dan struktur komponen konstan medan elektromagnetik partikel elementer (sama untuk semua partikel elementer dengan bilangan kuantum utama L), yang menghasilkan medan listrik konstan eksternal. Jari-jari listrik menunjukkan lokasi rata-rata muatan listrik yang terdistribusi secara merata di sekeliling keliling, sehingga menciptakan medan listrik serupa. Kedua muatan listrik terletak pada bidang yang sama (bidang rotasi medan elektromagnetik bolak-balik partikel elementer) dan mempunyai pusat yang sama yang berimpit dengan pusat rotasi medan elektromagnetik bolak-balik partikel elementer.

6.3 Medan listrik proton di zona dekat

Mengetahui besarnya muatan listrik di dalam partikel elementer dan lokasinya, medan listrik yang ditimbulkannya dapat ditentukan.

medan listrik proton di zona dekat (r~r p), dalam sistem SI, sebagai jumlah vektor, kira-kira sama dengan:

Di mana n+ = r+/|r + | - vektor satuan dari titik dekat (1) atau jauh (2) muatan proton q + searah dengan titik pengamatan (A), N- = R-/|r - | - vektor satuan dari titik dekat (1) atau jauh (2) muatan proton q - searah dengan titik pengamatan (A), r - jarak dari pusat proton ke proyeksi titik pengamatan ke bidang proton, q + - muatan listrik luar +1,25e, q - - muatan listrik dalam -0,25e, vektor disorot dalam huruf tebal, ε 0 - konstanta listrik, z - ketinggian titik pengamatan (A) (jarak dari titik observasi ke bidang proton), r 0 - parameter normalisasi. (Tidak ada pengali dalam sistem GHS. Pengganda SI.)

Ekspresi matematika ini adalah penjumlahan vektor dan harus dihitung berdasarkan aturan penjumlahan vektor, karena ini adalah medan dua muatan listrik terdistribusi (+1,25e dan -0,25e). Suku pertama dan ketiga berhubungan dengan titik dekat muatan, suku kedua dan keempat berhubungan dengan titik jauh. Ekspresi matematika ini tidak bekerja di wilayah internal (cincin) proton, menghasilkan medan konstan (jika dua kondisi terpenuhi secara bersamaan: ħ/m 0~ c
Potensi medan listrik proton pada titik (A) pada zona dekat (r~r p), dalam sistem SI kira-kira sama dengan:

Dimana r 0 adalah parameter normalisasi, yang nilainya mungkin berbeda dari r 0 pada rumus E. (Dalam sistem SGS tidak ada faktor Pengganda SI.) Ekspresi matematika ini tidak bekerja di daerah internal (cincin) proton , menghasilkan bidang konstannya (dengan eksekusi dua kondisi secara bersamaan: ħ/m 0~ c
Kalibrasi r 0 untuk kedua ekspresi medan dekat harus dilakukan pada batas wilayah yang menghasilkan medan proton konstan.

7 Massa diam proton

Sesuai dengan elektrodinamika klasik dan rumus Einstein, massa diam partikel elementer dengan bilangan kuantum L>0, termasuk proton, didefinisikan sebagai setara dengan energi medan elektromagnetiknya:

dimana integral tertentu diambil alih seluruh medan elektromagnetik suatu partikel elementer, E adalah kuat medan listrik, H adalah kuat medan magnet. Semua komponen medan elektromagnetik diperhitungkan di sini: medan listrik konstan, medan magnet konstan, medan elektromagnetik bolak-balik. Rumus kecil namun sangat luas dalam fisika ini, yang menjadi dasar persamaan medan gravitasi partikel elementer diturunkan, akan mengirimkan lebih dari satu "teori" dongeng ke tumpukan sampah - itulah sebabnya beberapa penulisnya akan membencinya.

Sebagai berikut dari rumus di atas, nilai massa diam suatu proton bergantung pada kondisi di mana proton itu berada. Jadi, dengan menempatkan proton dalam medan listrik luar yang konstan (misalnya inti atom), kita akan mempengaruhi E 2, yang akan mempengaruhi massa proton dan kestabilannya. Situasi serupa akan muncul ketika sebuah proton ditempatkan dalam medan magnet konstan. Oleh karena itu, beberapa sifat proton di dalam inti atom berbeda dengan sifat proton bebas yang sama dalam ruang hampa, jauh dari medan.

8 Masa hidup proton

Masa hidup proton yang ditentukan oleh fisika sama dengan proton bebas.

Teori medan partikel elementer menyatakan bahwa masa hidup suatu partikel elementer bergantung pada kondisi di mana ia berada. Dengan menempatkan proton dalam medan eksternal (misalnya medan listrik), kita mengubah energi yang terkandung dalam medan elektromagnetiknya. Anda dapat memilih tanda medan luar sehingga energi dalam proton meningkat. Dimungkinkan untuk memilih nilai kuat medan luar sedemikian rupa sehingga proton dapat meluruh menjadi neutron, positron, dan elektron neutrino, dan oleh karena itu proton menjadi tidak stabil. Inilah yang diamati pada inti atom, di mana medan listrik proton tetangga memicu peluruhan proton dalam inti. Ketika energi tambahan dimasukkan ke dalam inti, peluruhan proton dapat dimulai pada kekuatan medan luar yang lebih rendah.

Salah satu fitur menarik: selama peluruhan proton dalam inti atom, dalam medan elektromagnetik inti, sebuah positron lahir dari energi medan elektromagnetik - dari "materi" (proton) "antimateri" (positron) lahir !!! dan ini tidak mengejutkan siapa pun.

9 Kebenaran tentang Model Standar

Sekarang mari kita berkenalan dengan informasi yang tidak boleh diizinkan oleh para pendukung Model Standar untuk dipublikasikan di situs-situs yang “benar secara politis” (seperti Wikipedia dunia) di mana para penentang Fisika Baru dapat tanpa ampun menghapus (atau mendistorsi) informasi para pendukungnya. Fisika Baru, yang mengakibatkan KEBENARAN menjadi korban politik:

Pada tahun 1964, Gellmann dan Zweig secara independen mengajukan hipotesis tentang keberadaan quark, yang menurut mereka merupakan penyusun hadron. Partikel-partikel baru ini diberkahi dengan muatan listrik pecahan yang tidak ada di alam.
Lepton TIDAK cocok dengan model Quark ini, yang kemudian berkembang menjadi Model Standar, dan oleh karena itu diakui sebagai partikel yang benar-benar elementer.
Untuk menjelaskan hubungan quark di hadron, diasumsikan adanya interaksi kuat di alam dan pembawanya, gluon. Gluon, seperti yang diharapkan dalam Teori Kuantum, diberkahi dengan putaran satuan, identitas partikel dan antipartikel, dan massa diam nol, seperti foton.
Pada kenyataannya, di alam tidak ada interaksi kuat antara kuark hipotetis, tetapi gaya inti nukleon - dan ini adalah konsep yang berbeda.

50 tahun telah berlalu. Quark tidak pernah ditemukan di alam dan dongeng matematika baru diciptakan untuk kita yang disebut “Kurungan”. Orang yang berpikir dapat dengan mudah melihat dalam dirinya pengabaian yang terang-terangan terhadap hukum dasar alam - hukum kekekalan energi. Tetapi orang yang berpikir akan melakukan ini, dan pendongeng mendapat alasan yang cocok untuk mereka.

Gluon juga TIDAK ditemukan di alam. Faktanya adalah bahwa hanya meson vektor (dan satu lagi keadaan tereksitasi meson) yang dapat memiliki putaran satuan di alam, tetapi setiap meson vektor memiliki antipartikel. - Itu sebabnya meson vektor bukanlah kandidat yang cocok untuk “gluon”. Sembilan keadaan meson tereksitasi pertama masih ada, tetapi 2 di antaranya bertentangan dengan Model Standar itu sendiri dan Model Standar tidak mengakui keberadaannya di alam, dan sisanya telah dipelajari dengan baik oleh fisika, dan tidak mungkin untuk dilewatkan begitu saja. sebagai gluon yang luar biasa. Ada satu pilihan terakhir: melewatkan keadaan terikat dari sepasang lepton (muon atau tau lepton) sebagai gluon - tetapi ini pun dapat dihitung selama peluruhan.

Jadi, Juga tidak ada gluon di alam, sama seperti tidak ada quark dan interaksi kuat fiktif di alam..
Anda berpikir bahwa para pendukung Model Standar tidak memahami hal ini - mereka masih memahaminya, namun sungguh memuakkan untuk mengakui kekeliruan atas apa yang telah mereka lakukan selama beberapa dekade. Itu sebabnya kita melihat dongeng matematika baru (string “teori”, dll.).

10 Fisika baru: Proton - ringkasan

Di bagian utama artikel saya tidak berbicara secara rinci tentang fairy quark (dengan fairy gluon), karena mereka BUKAN di alam dan tidak ada gunanya mengisi kepala Anda dengan dongeng (tidak perlu) - dan tanpa elemen fundamental dari fondasi: quark dengan gluon, model standar runtuh - masa dominasinya dalam fisika SELESAI (lihat Model Standar).

Anda dapat mengabaikan tempat elektromagnetisme di alam selama Anda mau (bertemu di setiap langkah: cahaya, radiasi panas, listrik, televisi, radio, komunikasi telepon, termasuk seluler, Internet, yang tanpanya umat manusia tidak akan mengetahuinya. keberadaan partikel elementer Teori Medan, ...), dan terus menciptakan dongeng baru untuk menggantikan dongeng yang bangkrut, menjadikannya sebagai sains; Anda dapat, dengan kegigihan yang layak untuk digunakan dengan lebih baik, terus mengulangi KISAH Model Standar dan Teori Kuantum yang telah dihafal; tetapi medan elektromagnetik di alam dulu, sedang, akan, dan dapat berfungsi dengan baik tanpa partikel virtual dalam dongeng, serta gravitasi yang diciptakan oleh medan elektromagnetik, tetapi dongeng memiliki waktu lahir dan waktu ketika dongeng tidak lagi mempengaruhi manusia. Adapun alam, TIDAK peduli dengan dongeng atau aktivitas sastra manusia lainnya, bahkan jika Hadiah Nobel Fisika dianugerahkan untuk itu. Alam terstruktur sebagaimana ia terstruktur, dan tugas ILMU FISIKA adalah memahami dan mendeskripsikannya.

Sekarang dunia baru telah terbuka di hadapan Anda - dunia medan dipol, yang keberadaannya bahkan tidak diduga oleh fisika abad ke-20. Anda melihat bahwa proton tidak hanya memiliki satu, tetapi dua muatan listrik (eksternal dan internal) dan dua jari-jari listrik yang bersesuaian. Anda melihat apa yang terdiri dari massa diam proton dan Higgs boson imajiner tidak berfungsi (keputusan Komite Nobel belum menjadi hukum alam...). Selain itu, besarnya massa dan masa hidup bergantung pada medan di mana proton berada. Hanya karena proton bebas stabil tidak berarti ia akan tetap stabil kapan saja dan di mana saja (peluruhan proton diamati pada inti atom). Semua ini melampaui konsep-konsep yang mendominasi fisika pada paruh kedua abad ke-20. - Fisika abad ke-21 - Fisika baru bergerak ke tingkat pengetahuan materi yang baru, dan penemuan baru yang menarik menanti kita.

Vladimir Gorunovich

Hidrogen merupakan unsur yang memiliki struktur paling sederhana. Ia memiliki muatan positif dan masa pakai yang hampir tidak terbatas. Ini adalah partikel paling stabil di alam semesta. Proton yang dihasilkan oleh Big Bang belum meluruh. Massa proton adalah 1,627*10-27 kg atau 938,272 eV. Lebih sering nilai ini dinyatakan dalam elektronvolt.

Proton ditemukan oleh “bapak” fisika nuklir, Ernest Rutherford. Dia mengajukan hipotesis bahwa inti atom dari semua unsur kimia terdiri dari proton, karena massanya melebihi inti atom hidrogen beberapa kali lipat. Rutherford melakukan eksperimen yang menarik. Pada saat itu, radioaktivitas alami beberapa unsur telah ditemukan. Dengan menggunakan radiasi alfa (partikel alfa adalah inti helium berenergi tinggi), ilmuwan menyinari atom nitrogen. Akibat interaksi ini, sebuah partikel terbang keluar. Rutherford menyatakan bahwa itu adalah proton. Eksperimen lebih lanjut di ruang gelembung Wilson membenarkan asumsinya. Jadi pada tahun 1913, sebuah partikel baru ditemukan, tetapi hipotesis Rutherford tentang komposisi inti atom ternyata tidak dapat dipertahankan.

Penemuan neutron

Ilmuwan besar tersebut menemukan kesalahan dalam perhitungannya dan mengajukan hipotesis tentang keberadaan partikel lain yang merupakan bagian dari inti atom dan memiliki massa yang hampir sama dengan proton. Secara eksperimental, dia tidak dapat mendeteksinya.

Hal ini dilakukan pada tahun 1932 oleh ilmuwan Inggris James Chadwick. Dia melakukan percobaan di mana dia membombardir atom berilium dengan partikel alfa berenergi tinggi. Akibat reaksi nuklir, sebuah partikel terpancar dari inti berilium, yang kemudian disebut neutron. Atas penemuannya, Chadwick menerima Hadiah Nobel tiga tahun kemudian.

Massa neutron sebenarnya sedikit berbeda dengan massa proton (1,622*10-27 kg), tetapi partikel ini tidak bermuatan. Dalam hal ini, ia bersifat netral dan pada saat yang sama mampu menyebabkan fisi inti berat. Karena kurangnya muatan, neutron dapat dengan mudah melewati penghalang potensial Coulomb yang tinggi dan menembus struktur inti.

Proton dan neutron memiliki sifat kuantum (dapat menunjukkan sifat partikel dan gelombang). Radiasi neutron digunakan untuk tujuan medis. Kemampuan penetrasi yang tinggi memungkinkan radiasi ini mengionisasi tumor yang tertanam dalam dan formasi ganas lainnya serta mendeteksinya. Dalam hal ini, energi partikel relatif rendah.

Neutron, tidak seperti proton, adalah partikel yang tidak stabil. Masa pakainya sekitar 900 detik. Ia meluruh menjadi proton, elektron, dan elektron neutrino.

, elektromagnetik dan gravitasi

Dalam fisika, proton dilambangkan P(atau P+ ). Sebutan kimia proton (dianggap sebagai ion hidrogen positif) adalah H+, sebutan astrofisikanya adalah HII.

Pembukaan

Sifat proton

Perbandingan massa proton dan elektron sebesar 1836.152 673 89(17), dengan ketelitian 0.002% sama dengan nilai 6π 5 = 1836.118...

Struktur internal proton pertama kali dipelajari secara eksperimental oleh R. Hofstadter dengan mempelajari tumbukan berkas elektron berenergi tinggi (2 GeV) dengan proton (Penghargaan Nobel Fisika 1961). Proton terdiri dari inti (inti) yang berat dengan jari-jari cm, dengan massa jenis dan muatan yang tinggi, membawa ≈ 35% (\displaystyle \kira-kira 35\,\%) muatan listrik proton dan cangkang yang relatif tipis di sekitarnya. Di kejauhan dari ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \kira-kira 0(,)25\cdot 10^(-13)) sebelum ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \kira-kira 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm cangkang ini sebagian besar terdiri dari ρ - dan π -meson virtual yang dibawa ≈ 50% (\displaystyle \kira-kira 50\,\%) muatan listrik proton, lalu ke jarak ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \kira-kira 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm memperluas cangkang meson virtual ω - dan π, membawa ~15% muatan listrik proton.

Tekanan di pusat proton yang diciptakan oleh quark adalah sekitar 10 35 Pa (10 30 atmosfer), lebih tinggi dari tekanan di dalam bintang neutron.

Ada tiga besaran fisis yang berhubungan dengan proton yang mempunyai dimensi panjang:

Yang disebut muatan lemah proton Q w ≈ 1 − 4 dosa 2 θ W, yang menentukan partisipasinya dalam interaksi lemah melalui pertukaran Z 0 boson (mirip dengan bagaimana muatan listrik suatu partikel menentukan partisipasinya dalam interaksi elektromagnetik melalui pertukaran foton) adalah 0,0719 ± 0,0045, menurut pengukuran eksperimental pelanggaran paritas selama hamburan elektron terpolarisasi pada proton. Nilai yang diukur konsisten, dalam kesalahan eksperimen, dengan prediksi teoretis Model Standar (0,0708 ± 0,0003).

Stabilitas

Aplikasi

Lihat juga

Catatan

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Konstanta Fisika Dasar --- Daftar Lengkap
Nilai CODATA: massa proton
Nilai CODATA: massa proton dalam u
Ahmed S.; dkk. (2004). “Kendala Peluruhan Nuklir melalui Mode Tak Terlihat dari Observatorium Neutrino Sudbury.” Surat Tinjauan Fisik. 92 (10): 102004.arXiv: hep-ex/0310030. Kode Bib:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
Nilai CODATA: setara energi massa proton dalam MeV
Nilai CODATA: rasio massa proton-elektron
, Dengan. 67.
Hofstadter P.Sejarah pertemuanHofstadter P. Struktur inti dan nukleon // Phys. - 1963. - T.81, No.1. - Hal.185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K.I. Proses virtual dan struktur nukleon // Fisika Dunia Mikro - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Zhdanov G.B. Hamburan elastis, interaksi periferal, dan resonansi // Partikel Energi Tinggi. Energi tinggi di ruang angkasa dan laboratorium - M.: Nauka, 1965. - P. 132.
Burkert V.D., Elouadrhiri L., Girod F.X. Distribusi tekanan di dalam proton // Alam. - 2018. - Mei (vol. 557, no. 7705). - Hal.396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
Bethe, G., Morrison F. Teori dasar tentang inti atom. - M: IL, 1956. - Hal.48.