Masa protonilor. Cine și când a descoperit protonul și neutronul

Protonii iau parte la reacțiile termonucleare, care sunt principala sursă de energie generată de stele. În special, reacții pp-ciclul, care este sursa aproape a întregii energie emisă de Soare, se rezumă la combinarea a patru protoni într-un nucleu de heliu-4 cu transformarea a doi protoni în neutroni.

În fizică, proton este notat p(sau p+). Denumirea chimică a protonului (considerat ca un ion de hidrogen pozitiv) este H +, denumirea astrofizică este HII.

Deschidere [ | ]

Proprietățile protonilor[ | ]

Raportul maselor de protoni și electroni, egal cu 1836,152 673 89(17), cu o precizie de 0,002% este egal cu valoarea 6π 5 = 1836,118...

Structura internă a protonului a fost studiată pentru prima dată experimental de R. Hofstadter prin studierea ciocnirilor unui fascicul de electroni de înaltă energie (2 GeV) cu protoni (Premiul Nobel pentru fizică 1961). Protonul este format dintr-un miez greu (nucleu) cu o rază de cm, cu o densitate mare de masă și sarcină, purtând ≈ 35% (\displaystyle \aproximativ 35\%) sarcina electrică a protonului și a învelișului relativ rarefiat care îl înconjoară. La o distanta de ≈ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \aproximativ 0,25\cdot 10^(-13)) inainte de ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \aproximativ 1,4\cdot 10^(-13)) cm acest înveliș este format în principal din ρ - și π -mezoni virtuali purtători ≈ 50% (\displaystyle \aproximativ 50\%) sarcina electrică a protonului, apoi la distanță ≈ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \aproximativ 2,5\cdot 10^(-13)) cm extinde un înveliș de mezoni virtuali ω - și π, purtând ~ 15% din sarcina electrică a protonului.

Presiunea în centrul protonului creat de quarci este de aproximativ 10 35 Pa (10 30 atmosfere), adică mai mare decât presiunea din interiorul stelelor neutronice.

Momentul magnetic al unui proton este măsurat prin măsurarea raportului dintre frecvența de rezonanță de precesiune a momentului magnetic al protonului într-un câmp magnetic uniform dat și frecvența ciclotronului a orbitei circulare a protonului în același câmp.

Există trei mărimi fizice asociate cu un proton care au dimensiunea lungimii:

Măsurătorile razei protonilor folosind atomi de hidrogen obișnuiți, efectuate prin diverse metode începând cu anii 1960, au condus (CODATA -2014) la rezultat 0,8751 ± 0,0061 femtometru(1 fm = 10 −15 m). Primele experimente cu atomi de hidrogen muonici (unde electronul este înlocuit cu un muon) au dat un rezultat cu 4% mai mic pentru această rază: 0,84184 ± 0,00067 fm. Motivele acestei diferențe sunt încă neclare.

Așa-numitul proton Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, care determină participarea sa la interacțiuni slabe prin schimb Z bosonul 0 (similar cu modul în care sarcina electrică a unei particule determină participarea acesteia la interacțiunile electromagnetice prin schimbul unui foton) este 0,0719 ± 0,0045, conform măsurătorilor experimentale ale încălcării parității în timpul împrăștierii electronilor polarizați pe protoni. Valoarea măsurată este consecventă, în cadrul erorii experimentale, cu predicțiile teoretice ale Modelului Standard (0,0708 ± 0,0003).

Stabilitate [ | ]

Protonul liber este stabil, studiile experimentale nu au evidențiat niciun semn de dezintegrare (limita inferioară a duratei de viață este de 2,9⋅10 29 ani, indiferent de canalul de dezintegrare, 8,2⋅10 33 ani pentru dezintegrarea într-un pozitron și pion neutru, 6,6⋅ 10 33 de ani pentru dezintegrare într-un muon pozitiv și un pion neutru). Deoarece protonul este cel mai ușor dintre barioni, stabilitatea protonului este o consecință a legii conservării numărului de barion - un proton nu se poate descompune în particule mai ușoare (de exemplu, într-un pozitron și neutrin) fără a încălca această lege. Cu toate acestea, multe extensii teoretice ale modelului standard prezic procese (neobservate încă) care ar avea ca rezultat neconservarea numărului de barion și, prin urmare, dezintegrarea protonilor.

Un proton legat într-un nucleu atomic este capabil să capteze un electron din capacul electronului K, L sau M al atomului (așa-numita „captură de electroni”). Un proton al nucleului atomic, după ce a absorbit un electron, se transformă într-un neutron și emite simultan un neutrin: p+e − →+ν e . O „gaură” în stratul K, L sau M format prin captarea electronilor este umplută cu un electron dintr-unul dintre straturile de electroni de deasupra atomului, emițând raze X caracteristice corespunzătoare numărului atomic Z− 1 și/sau electroni Auger. Sunt cunoscuți peste 1000 de izotopi din 7
4 până la 262
105, descompun prin captarea electronilor. La energii de dezintegrare disponibile suficient de mari (mai sus 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) se deschide un canal de dezintegrare concurent - dezintegrarea pozitronilor p → +e ++ν e . Trebuie subliniat faptul că aceste procese sunt posibile doar pentru un proton din unele nuclee, unde energia lipsă este completată prin tranziția neutronului rezultat la o înveliș nuclear inferior; pentru un proton liber sunt interzise de legea conservării energiei.

Sursa de protoni în chimie sunt acizii minerali (nitric, sulfuric, fosforic și altele) și organici (formic, acetic, oxalic și alții). Într-o soluție apoasă, acizii sunt capabili să se disocieze cu eliminarea unui proton, formând un cation hidroniu.

În faza gazoasă, protonii sunt obținuți prin ionizare - îndepărtarea unui electron dintr-un atom de hidrogen. Potențialul de ionizare al unui atom de hidrogen neexcitat este de 13,595 eV. Când hidrogenul molecular este ionizat de electroni rapizi la presiunea atmosferică și la temperatura camerei, se formează inițial ionul de hidrogen molecular (H 2 +) - un sistem fizic format din doi protoni ținuți împreună la o distanță de 1,06 de un electron. Stabilitatea unui astfel de sistem, conform lui Pauling, este cauzată de rezonanța unui electron între doi protoni cu o „frecvență de rezonanță” egală cu 7·10 14 s −1. Când temperatura crește la câteva mii de grade, compoziția produselor de ionizare a hidrogenului se modifică în favoarea protonilor - H +.

Aplicație [ | ]

Fasciculele de protoni accelerați sunt utilizate în fizica experimentală a particulelor elementare (studiul proceselor de împrăștiere și producerea de fascicule de alte particule), în medicină (terapia cu protoni pentru cancer).

Vezi si [ | ]

Note [ | ]

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Constante fizice fundamentale --- Listare completă
CODATA Valoare: masa protonilor
CODATA Valoare: masa protonilor in u
Ahmed S.; et al. (2004). „Constrângeri privind dezintegrarea nucleonilor prin moduri invizibile de la Observatorul de neutrini din Sudbury.” Scrisori de revizuire fizică. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Cod biblic:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Valoare: echivalentul energiei masei protonilor în MeV
CODATA Valoare: raportul masei proton-electron
, Cu. 67.
Hofstadter P. Structura nucleelor și nucleonilor // Fiz. - 1963. - T. 81, nr. 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K. I. Procesele virtuale și structura nucleonului // Fizica Microlumii - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Imprăștire elastică, interacțiuni periferice și rezonanțe // Particule de înaltă energie. Energiile înalte în spațiu și laboratoare - M.: Nauka, 1965. - P. 132.

DEFINIȚIE

Proton numită particulă stabilă aparținând clasei de hadroni, care este nucleul unui atom de hidrogen.

Oamenii de știință nu sunt de acord asupra evenimentului științific care ar trebui considerat descoperirea protonului. Un rol important în descoperirea protonului l-au jucat:

crearea unui model planetar al atomului de către E. Rutherford;
descoperirea izotopilor de către F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
observații ale comportamentului nucleelor atomilor de hidrogen atunci când sunt eliminați de particulele alfa din nucleele de azot de E. Rutherford.

Primele fotografii ale urmelor de protoni au fost obținute de P. Blackett într-o cameră cu nori în timp ce studia procesele de transformare artificială a elementelor. Blackett a studiat procesul de captare a particulelor alfa de către nucleele de azot. În acest proces, a fost emis un proton și nucleul de azot a fost transformat într-un izotop de oxigen.

Protonii, împreună cu neutronii, fac parte din nucleele tuturor elementelor chimice. Numărul de protoni din nucleu determină numărul atomic al elementului din tabelul periodic D.I. Mendeleev.

Un proton este o particulă încărcată pozitiv. Sarcina sa este egală ca mărime cu sarcina elementară, adică valoarea sarcinii electronului. Sarcina unui proton este adesea notată ca , atunci putem scrie că:

În prezent se crede că protonul nu este o particulă elementară. Are o structură complexă și constă din doi cuarci u și un cuarc d. Sarcina electrică a unui cuarc u () este pozitivă și este egală cu

Sarcina electrică a unui d-quark () este negativă și egală cu:

Quarcii conectează schimbul de gluoni, care sunt cuante de câmp; ei suportă o interacțiune puternică. Faptul că protonii au mai mulți centri de împrăștiere punctuali în structura lor este confirmat de experimentele privind împrăștierea electronilor de către protoni.

Protonul are o dimensiune finită, despre care oamenii de știință încă se ceartă. În prezent, protonul este reprezentat ca un nor care are o limită neclară. O astfel de graniță constă în apariția și anihilarea constantă a particulelor virtuale. Dar în majoritatea problemelor simple, un proton poate fi, desigur, considerat o sarcină punctuală. Masa în repaus a unui proton () este aproximativ egală cu:

Masa unui proton este de 1836 de ori mai mare decât masa unui electron.

Protonii iau parte la toate interacțiunile fundamentale: interacțiunile puternice unesc protonii și neutronii în nuclee, electronii și protonii se unesc în atomi folosind interacțiuni electromagnetice. Ca o interacțiune slabă, putem cita, de exemplu, dezintegrarea beta a unui neutron (n):

unde p este proton; — electron; - antineutrino.

Dezintegrarea protonilor nu a fost încă obținută. Aceasta este una dintre problemele moderne importante ale fizicii, deoarece această descoperire ar fi un pas semnificativ în înțelegerea unității forțelor naturii.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu

Nucleele atomului de sodiu sunt bombardate cu protoni. Care este forța de repulsie electrostatică a unui proton din nucleul unui atom dacă protonul se află la distanță

m. Să considerăm că sarcina nucleului unui atom de sodiu este de 11 ori mai mare decât sarcina unui proton. Influența învelișului electronic al atomului de sodiu poate fi ignorată.

Soluţie

Ca bază pentru rezolvarea problemei, vom lua legea lui Coulomb, care poate fi scrisă pentru problema noastră (presupunând că particulele sunt punctuale) după cum urmează:

unde F este forța interacțiunii electrostatice a particulelor încărcate; Cl este sarcina de proton; - sarcina nucleului atomului de sodiu; - constanta dielectrica a vidului; - constantă electrică. Folosind datele pe care le avem, putem calcula forța de respingere necesară:

Răspuns

EXEMPLUL 2

Exercițiu

Având în vedere cel mai simplu model al atomului de hidrogen, se crede că electronul se mișcă pe o orbită circulară în jurul protonului (nucleul atomului de hidrogen). Care este viteza unui electron dacă raza orbitei sale este m?

Soluţie

Să luăm în considerare forțele (Fig. 1) care acționează asupra unui electron care se mișcă într-un cerc. Aceasta este forța de atracție a protonului. Conform legii lui Coulomb, scriem că valoarea sa este egală cu ():

unde =— sarcina electronilor; - sarcina de protoni; - constantă electrică. Forța de atracție dintre un electron și un proton în orice punct al orbitei electronului este direcționată de la electron la proton de-a lungul razei cercului.

Proton (particulă elementară)

Teoria câmpului particulelor elementare, care operează în cadrul ȘTIINȚEI, se bazează pe un fundament dovedit de FIZICĂ:

electrodinamica clasica,
Mecanica cuantică (fără particule virtuale care contrazic legea conservării energiei),
Legile de conservare sunt legi fundamentale ale fizicii.

Aceasta este diferența fundamentală între abordarea științifică folosită de teoria câmpului particulelor elementare - o teorie adevărată trebuie să opereze strict în cadrul legilor naturii: aceasta este ȘTIINȚA.

Folosind particule elementare care nu există în natură, inventând interacțiuni fundamentale care nu există în natură sau înlocuind interacțiunile existente în natură cu unele fabuloase, ignorând legile naturii, angajându-se în manipulări matematice cu acestea (creând aspectul științei) - aceasta este o mulțime de basme pretinse drept știință. Drept urmare, fizica a alunecat în lumea basmelor matematice. Personajele de basm ale modelului standard (quarci cu gluoni), împreună cu gravitonii de basm și basmele din „Teoria cuantică”, au pătruns deja în manualele de fizică - și induc copiii în eroare, pretinzând basmele matematice drept realitate. Susținătorii noii fizici oneste au încercat să reziste, dar forțele nu au fost egale. Și așa a fost până în 2010, înainte de apariția teoriei câmpului particulelor elementare, când lupta pentru renașterea FIZIC-ȘTIINȚEI a trecut la nivelul confruntării deschise între teoria științifică autentică și basmele matematice care au luat puterea în fizica microlumea (și nu numai).

Dar omenirea nu ar fi știut despre realizările New Physics fără Internet, motoarele de căutare și capacitatea de a spune liber adevărul pe paginile site-ului. Cât despre publicațiile care fac bani din știință, cine le citește astăzi pentru bani când este posibil să obțină rapid și liber informațiile necesare pe Internet.

1 Un proton este o particulă elementară
2 Când fizica a rămas o știință
3 Proton în fizică
4 Raza protonilor
5 Momentul magnetic al unui proton
6 Câmpul electric al unui proton

Ernest Rutherford în 1919, iradiind nuclee de azot cu particule alfa, a observat formarea nucleelor de hidrogen. Rutherford a numit particula rezultată în urma coliziunii un proton. Primele fotografii ale urmelor de protoni într-o cameră cu nori au fost făcute în 1925 de Patrick Blackett. Dar ionii de hidrogen înșiși (care sunt protoni) erau cunoscuți cu mult înainte de experimentele lui Rutherford.
Astăzi, în secolul 21, fizica poate spune mult mai multe despre protoni.

1 Protonul este o particulă elementară

Ideile fizicii despre structura protonului s-au schimbat pe măsură ce fizica s-a dezvoltat.
Fizica a considerat inițial protonul ca o particulă elementară până în 1964, când GellMann și Zweig au propus independent ipoteza cuarcului.

Inițial, modelul de cuarci al hadronilor a fost limitat la doar trei cuarci ipotetici și antiparticulele acestora. Acest lucru a făcut posibilă descrierea corectă a spectrului de particule elementare cunoscute la acea vreme, fără a lua în considerare leptonii, care nu se încadrau în modelul propus și, prin urmare, erau recunoscuți ca elementare, alături de quarci. Prețul pentru aceasta a fost introducerea unor sarcini electrice fracționate care nu există în natură. Apoi, pe măsură ce fizica s-a dezvoltat și noi date experimentale au devenit disponibile, modelul de cuarci a crescut și s-a transformat treptat, devenind în cele din urmă Modelul Standard.

Fizicienii au căutat cu sârguință noi particule ipotetice. Căutarea quarcilor a fost efectuată în raze cosmice, în natură (întrucât sarcina lor electrică fracțională nu poate fi compensată) și la acceleratori.
Au trecut decenii, puterea acceleratoarelor a crescut, iar rezultatul căutării de quarci ipotetici a fost întotdeauna același: Quarcii NU se găsesc în natură.

Văzând perspectiva morții modelului de quarc (și apoi standard), susținătorii săi au compus și au transmis omenirii un basm despre care au fost observate urme de quarci în unele experimente. - Este imposibil să se verifice aceste informații - datele experimentale sunt procesate folosind modelul standard și va oferi întotdeauna ceva de care are nevoie. Istoria fizicii cunoaște exemple în care, în loc de o particulă, a fost introdusă alta - ultima astfel de manipulare a datelor experimentale a fost alunecarea unui mezon vectorial ca un fabulos boson Higgs, presupus responsabil pentru masa particulelor, dar în același timp. timpul necreându-și câmpul gravitațional. Această poveste matematică a primit chiar și Premiul Nobel pentru Fizică. În cazul nostru, undele staționare ale unui câmp electromagnetic alternant, despre care s-au scris teoriile ondulatorii ale particulelor elementare, au fost introduse ca quarcuri zâne.

Când tronul de sub modelul standard a început să tremure din nou, susținătorii săi au compus și au strecurat omenirii un nou basm pentru cei mici, numit „Confinement”. Orice persoană gânditoare va vedea imediat în ea o batjocură a legii conservării energiei - o lege fundamentală a naturii. Dar susținătorii Modelului Standard nu vor să vadă REALITATEA.

2 Când fizica a rămas o știință

Când fizica a rămas încă o știință, adevărul a fost determinat nu de opinia majorității - ci de experiment. Aceasta este diferența fundamentală dintre FIZICĂ-ȘTIINȚĂ și basmele matematice pretinse drept fizică.
Toate experimentele care caută quarci ipotetici(cu excepția, desigur, pentru alunecarea în convingerile tale sub masca datelor experimentale) au arătat clar: nu există quarci în natură.

Acum, susținătorii Modelului Standard încearcă să înlocuiască rezultatul tuturor experimentelor, care a devenit o condamnare la moarte pentru Modelul Standard, cu opinia lor colectivă, pretinzând-o drept realitate. Dar oricât de mult va continua basmul, tot va fi un sfârșit. Singura întrebare este ce fel de final va fi: susținătorii Modelului Standard își vor da dovadă de inteligență, curaj și își vor schimba pozițiile în urma verdictului unanim al experimentelor (sau mai bine zis: verdictul NATURII), sau vor fi trimiși în istorie în mijlocul râs universal Noua fizică - fizica secolului XXI, ca povestitorii care au încercat să înșele întreaga umanitate. Alegerea este a lor.

Acum despre protonul în sine.

3 Proton în fizică

Proton - particulă elementară număr cuantic L=3/2 (spin = 1/2) - grup barion, subgrup de protoni, sarcină electrică +e (sistematizare după teoria câmpului particulelor elementare).
Conform teoriei câmpului particulelor elementare (o teorie construită pe o bază științifică și singura care a primit spectrul corect al tuturor particulelor elementare), un proton constă dintr-un câmp electromagnetic alternant polarizat rotativ cu o componentă constantă. Toate afirmațiile nefondate ale Modelului Standard conform cărora protonul ar fi format din quarci nu au nimic de-a face cu realitatea. - Fizica a demonstrat experimental că protonul are câmpuri electromagnetice și, de asemenea, un câmp gravitațional. Fizica a ghicit cu brio că particulele elementare nu numai că au, ci constau din, câmpuri electromagnetice acum 100 de ani, dar nu a fost posibil să se construiască o teorie până în 2010. Acum, în 2015, a apărut și o teorie a gravitației particulelor elementare, care a stabilit natura electromagnetică a gravitației și a obținut ecuațiile câmpului gravitațional al particulelor elementare, diferite de ecuațiile gravitației, pe baza cărora mai mult de un matematic a fost construit basm în fizică.

În prezent, teoria câmpului particulelor elementare (spre deosebire de Modelul Standard) nu contrazice datele experimentale privind structura și spectrul particulelor elementare și, prin urmare, poate fi considerată de fizică ca o teorie care funcționează în natură.

Structura câmpului electromagnetic al unui proton(Câmp electric constant E, câmp magnetic constant H, câmp electromagnetic alternativ sunt marcate cu galben)
Bilanț energetic (procent din energia internă totală):

câmp electric constant (E) - 0,346%,
câmp magnetic constant (H) - 7,44%,
câmp electromagnetic alternativ - 92,21%.

Rezultă că pentru protonul m 0~ =0,9221m 0 și aproximativ 8% din masa sa este concentrată în câmpuri electrice și magnetice constante. Raportul dintre energia concentrată într-un câmp magnetic constant al unui proton și energia concentrată într-un câmp electric constant este 21,48. Aceasta explică prezența forțelor nucleare în proton.

Câmpul electric al unui proton este format din două regiuni: o regiune exterioară cu sarcină pozitivă și o regiune interioară cu sarcină negativă. Diferența dintre sarcinile regiunilor exterioare și interioare determină sarcina electrică totală a protonului +e. Cuantizarea sa se bazează pe geometria și structura particulelor elementare.

Și așa arată interacțiunile fundamentale ale particulelor elementare care există de fapt în natură:

4 Raza protonilor

Teoria câmpului particulelor elementare definește raza (r) a unei particule ca fiind distanța de la centru până la punctul în care se atinge densitatea maximă de masă.

Pentru un proton, acesta va fi de 3,4212 ∙10 -16 m. La aceasta trebuie să adăugăm grosimea stratului de câmp electromagnetic, iar raza regiunii spațiului ocupată de proton se va obține:

Pentru un proton acesta va fi de 4,5616 ∙10 -16 m. Astfel, limita exterioară a protonului este situată la o distanță de 4,5616 ∙10 -16 m de centrul particulei.O mică parte din masă concentrată în constantă câmpul magnetic electric și constant al protonului, conform legilor electrodinamicii, se află în afara acestei raze.

5 Momentul magnetic al unui proton

Spre deosebire de teoria cuantică, teoria câmpului particulelor elementare afirmă că câmpurile magnetice ale particulelor elementare nu sunt create de rotația de spin a sarcinilor electrice, ci există simultan cu un câmp electric constant ca componentă constantă a câmpului electromagnetic. De aceea Toate particulele elementare cu număr cuantic L>0 au câmpuri magnetice constante.
Teoria câmpului particulelor elementare nu consideră momentul magnetic al protonului a fi anormal - valoarea acestuia este determinată de un set de numere cuantice în măsura în care mecanica cuantică funcționează într-o particulă elementară.
Deci, momentul magnetic principal al unui proton este creat de doi curenți:

(+) cu moment magnetic +2 (eħ/m 0 s)
(-) cu moment magnetic -0,5 (eħ/m 0 s)

Pentru a obține momentul magnetic rezultat al unui proton, este necesar să se adauge ambele momente, să se înmulțească cu procentul de energie conținut în câmpul electromagnetic alternant de undă al protonului (împărțit la 100%) și să se adauge componenta spin (vezi Teoria câmpului de particule elementare.Partea 2, secțiunea 3.2), ca rezultat obținem 1,3964237 eh/m 0p c. Pentru a se transforma în magnetoni nucleari obișnuiți, numărul rezultat trebuie înmulțit cu doi - până la urmă avem 2,7928474.

Când fizica a presupus că momentele magnetice ale particulelor elementare sunt create de rotația de spin a sarcinii lor electrice, au fost propuse unități adecvate pentru a le măsura: pentru un proton este eh/2m 0p c (rețineți că spinul unui proton este 1/). 2) numit magneton nuclear. Acum 1/2 ar putea fi omis, deoarece nu poartă o încărcare semantică, și lăsat pur și simplu eh/m 0p c.

Dar, serios, nu există curenți electrici în interiorul particulelor elementare, dar există câmpuri magnetice (și nu există sarcini electrice, dar există câmpuri electrice). Este imposibil să înlocuiți câmpurile magnetice autentice ale particulelor elementare cu câmpuri magnetice ale curenților (precum și câmpurile electrice autentice ale particulelor elementare cu câmpuri de sarcini electrice), fără pierderea preciziei - aceste câmpuri au o natură diferită. Există o altă electrodinamică aici - Electrodinamica Fizicii Câmpului, care încă nu a fost creată, cum ar fi Fizica Câmpului în sine.

6 Câmpul electric al unui proton

6.1 Câmp electric de protoni în zona îndepărtată

Cunoștințele fizicii despre structura câmpului electric al protonului s-au schimbat pe măsură ce fizica sa dezvoltat. Inițial s-a crezut că câmpul electric al unui proton este câmpul unei sarcini electrice punctiforme +e. Pentru acest domeniu vor exista:
potenţial câmpul electric al unui proton în punctul (A) în zona îndepărtată (r > > r p) exact, în sistemul SI este egal cu:

tensiune E al câmpului electric de protoni în zona îndepărtată (r > > r p) exact, în sistemul SI este egal cu:

Unde n = r/|r| - vector unitar din centrul protonilor în direcția punctului de observare (A), r - distanța de la centrul protonilor până la punctul de observare, e - sarcină electrică elementară, vectorii sunt îngroșați, ε 0 - constantă electrică, r p =Lħ /(m 0~ c ) este raza unui proton în teoria câmpului, L este numărul cuantic principal al unui proton în teoria câmpului, ħ este constanta lui Planck, m 0~ este cantitatea de masă conținută într-un câmp electromagnetic alternativ de un proton în repaus, C este viteza luminii. (Nu există un multiplicator în sistemul GHS. Multiplicator SI.)

Aceste expresii matematice sunt corecte pentru zona îndepărtată a câmpului electric al protonului: r p , dar fizica a presupus apoi că valabilitatea lor s-a extins și în zona apropiată, până la distanțe de ordinul a 10 -14 cm.

6.2 Sarcini electrice ale unui proton

În prima jumătate a secolului al XX-lea, fizica credea că un proton are o singură sarcină electrică și este egal cu +e.

După apariția ipotezei cuarcului, fizica a sugerat că în interiorul unui proton nu există una, ci trei sarcini electrice: două sarcini electrice +2e/3 și o sarcină electrică -e/3. În total, aceste taxe dau +e. Acest lucru a fost făcut deoarece fizica a sugerat că protonul are o structură complexă și constă din doi cuarci up cu o sarcină de +2e/3 și un cuarc d cu o sarcină de -e/3. Dar quarcii nu s-au găsit nici în natură, nici în acceleratoare la nicio energie, și a rămas fie să-și ia existența pe credință (ceea ce au făcut susținătorii Modelului Standard), fie să caute o altă structură de particule elementare. Dar, în același timp, informațiile experimentale despre particulele elementare se acumulau în mod constant în fizică, iar când s-au acumulat suficient pentru a regândi ceea ce s-a făcut, s-a născut teoria câmpului particulelor elementare.

Conform teoriei câmpului particulelor elementare, câmpul electric constant al particulelor elementare cu număr cuantic L>0, atât încărcate, cât și neutre, este creat de componenta constantă a câmpului electromagnetic al particulei elementare corespunzătoare(nu sarcina electrică este cauza principală a câmpului electric, așa cum credea fizica în secolul al XIX-lea, dar câmpurile electrice ale particulelor elementare sunt astfel încât să corespundă câmpurilor sarcinilor electrice). Și câmpul de sarcină electrică apare ca urmare a prezenței asimetriei între emisfera exterioară și interioară, generând câmpuri electrice de semne opuse. Pentru particulele elementare încărcate, un câmp al unei sarcini electrice elementare este generat în zona îndepărtată, iar semnul sarcinii electrice este determinat de semnul câmpului electric generat de emisfera exterioară. În zona apropiată, acest câmp are o structură complexă și este un dipol, dar nu are un moment dipol. Pentru o descriere aproximativă a acestui câmp ca sistem de sarcini punctuale, vor fi necesari cel puțin 6 „quarci” în interiorul protonului - va fi mai precis dacă luăm 8 „quarci”. Este clar că sarcinile electrice ale unor astfel de „quarci” vor fi complet diferite de ceea ce consideră modelul standard (cu quarcii săi).

Teoria câmpului particulelor elementare a stabilit că protonul, ca orice altă particulă elementară încărcată pozitiv, poate fi distins două sarcini electrice și, în consecință, două raze electrice:

raza electrică a câmpului electric extern constant (sarcină q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
raza electrică a câmpului electric intern constant (sarcină q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.

Aceste caracteristici ale câmpului electric de protoni corespund distribuției primei teorii a câmpului particulelor elementare. Fizica nu a stabilit încă experimental acuratețea acestei distribuții și care distribuție corespunde cel mai exact structurii reale a câmpului electric constant al unui proton din zona apropiată, precum și structurii câmpului electric al unui proton din zona apropiată. (la distante de ordinul lui r p). După cum puteți vedea, sarcinile electrice sunt apropiate ca mărime de sarcinile presupusilor quarci (+4/3e=+1,333e și -1/3e=-0,333e) din proton, dar spre deosebire de quarci, câmpurile electromagnetice există în natura și au o structură similară de constantă Orice particulă elementară încărcată pozitiv are un câmp electric, indiferent de mărimea spinului și... .

Valorile razelor electrice pentru fiecare particulă elementară sunt unice și sunt determinate de numărul cuantic principal din teoria câmpului L, valoarea masei de repaus, procentul de energie conținut în câmpul electromagnetic alternativ (unde funcționează mecanica cuantică). ) și structura componentei constante a câmpului electromagnetic al particulei elementare (aceeași pentru toate particulele elementare cu numărul cuantic principal L), generând un câmp electric extern constant. Raza electrică indică locația medie a unei sarcini electrice distribuite uniform în jurul circumferinței, creând un câmp electric similar. Ambele sarcini electrice se află în același plan (planul de rotație al câmpului electromagnetic alternativ al particulei elementare) și au un centru comun care coincide cu centrul de rotație al câmpului electromagnetic alternativ al particulei elementare.

6.3 Câmpul electric al unui proton în zona apropiată

Cunoscând magnitudinea sarcinilor electrice din interiorul unei particule elementare și locația acestora, este posibil să se determine câmpul electric creat de acestea.

câmpul electric al unui proton în zona apropiată (r~r p), în sistemul SI, ca sumă vectorială, este aproximativ egal cu:

Unde n+ = r +/|r + | - vector unitar din punctul apropiat (1) sau îndepărtat (2) al sarcinii de protoni q + în direcția punctului de observare (A), n- = r-/|r - | - vector unitar din punctul apropiat (1) sau îndepărtat (2) al sarcinii protonului q - în direcția punctului de observare (A), r - distanța de la centrul protonului până la proiecția punctului de observare pe planul protonilor, q + - sarcină electrică externă +1,25e, q - - sarcină electrică internă -0,25e, vectorii sunt evidențiați cu caractere aldine, ε 0 - constantă electrică, z - înălțimea punctului de observație (A) (distanța față de punct de observare la planul protonilor), r 0 - parametru de normalizare. (Nu există un multiplicator în sistemul GHS. Multiplicator SI.)

Această expresie matematică este o sumă de vectori și trebuie calculată conform regulilor de adunare vectorială, deoarece acesta este un câmp de două sarcini electrice distribuite (+1,25e și -0,25e). Primul și al treilea termen corespund punctelor apropiate ale sarcinilor, al doilea și al patrulea - celor îndepărtate. Această expresie matematică nu funcționează în regiunea internă (inelă) a protonului, care generează câmpurile sale constante (dacă sunt îndeplinite simultan două condiții: ħ/m 0~ c
Potențialul câmpului electric proton în punctul (A) din zona apropiată (r~r p), în sistemul SI este aproximativ egal cu:

Unde r 0 este un parametru de normalizare, a cărui valoare poate diferi de r 0 în formula E. (În sistemul SGS nu există un factor SI Multiplicator.) Această expresie matematică nu funcționează în regiunea internă (inelă) a protonului , generând câmpurile sale constante (cu executarea simultană a două condiții: ħ/m 0~ c
Calibrarea lui r 0 pentru ambele expresii de câmp apropiat trebuie efectuată la limita regiunii care generează câmpuri de protoni constante.

7 Masa de repaus a protonilor

În conformitate cu electrodinamica clasică și cu formula lui Einstein, masa în repaus a particulelor elementare cu număr cuantic L>0, inclusiv protonul, este definită ca echivalentul energiei câmpurilor lor electromagnetice:

unde integrala definită este preluată pe întregul câmp electromagnetic al unei particule elementare, E este intensitatea câmpului electric, H este puterea câmpului magnetic. Aici sunt luate în considerare toate componentele câmpului electromagnetic: câmp electric constant, câmp magnetic constant, câmp electromagnetic alternant. Această formulă mică, dar foarte capabilă de fizică, pe baza căreia sunt derivate ecuațiile pentru câmpul gravitațional al particulelor elementare, va trimite mai mult de o „teorie” de basm la grămada de resturi - de aceea unii dintre autorii lor vor Urăsc asta.

După cum rezultă din formula de mai sus, valoarea masei în repaus a unui proton depinde de condițiile în care se află protonul. Astfel, prin plasarea unui proton într-un câmp electric extern constant (de exemplu, un nucleu atomic), vom afecta E 2, care va afecta masa protonului și stabilitatea acestuia. O situație similară va apărea atunci când un proton este plasat într-un câmp magnetic constant. Prin urmare, unele proprietăți ale unui proton din interiorul unui nucleu atomic diferă de aceleași proprietăți ale unui proton liber în vid, departe de câmpuri.

8 Durata de viață a protonilor

Durata de viață a protonului stabilită de fizică corespunde unui proton liber.

Teoria câmpului particulelor elementare afirmă că durata de viață a unei particule elementare depinde de condițiile în care se află. Prin plasarea unui proton într-un câmp extern (cum ar fi unul electric), schimbăm energia conținută în câmpul său electromagnetic. Puteți alege semnul câmpului extern astfel încât energia internă a protonului să crească. Este posibil să se selecteze o astfel de valoare a intensității câmpului extern încât să devină posibil ca protonul să se descompună într-un neutron, pozitron și neutrin de electroni și, prin urmare, protonul devine instabil. Este exact ceea ce se observă în nucleele atomice, în care câmpul electric al protonilor vecini declanșează dezintegrarea protonului nucleului. Când energie suplimentară este introdusă în nucleu, dezintegrarea protonilor poate începe la o intensitate mai mică a câmpului extern.

O caracteristică interesantă: în timpul dezintegrarii unui proton într-un nucleu atomic, în câmpul electromagnetic al nucleului, un pozitron se naște din energia câmpului electromagnetic - din „materie” (proton) se naște „antimaterie” (pozitron) !!! iar asta nu surprinde pe nimeni.

9 Adevărul despre modelul standard

Acum să facem cunoștință cu informațiile pe care susținătorii Modelului Standard nu vor permite să fie publicate pe site-uri „corecte din punct de vedere politic” (cum ar fi Wikipedia din lume) pe care oponenții Noii Fizici pot șterge (sau distorsiona) fără milă informațiile susținătorilor. a Noii Fizici, în urma căreia ADEVĂRUL a căzut victimă a politicii:

În 1964, Gellmann și Zweig au propus independent o ipoteză pentru existența cuarcilor, din care, în opinia lor, sunt compuși hadronii. Noile particule au fost dotate cu o sarcină electrică fracționată care nu există în natură.
Leptonii NU s-au încadrat în acest model Quark, care mai târziu a devenit Modelul Standard și, prin urmare, au fost recunoscuți ca particule cu adevărat elementare.
Pentru a explica legătura dintre quarci în hadron, s-a presupus existența în natură a interacțiunii puternice și a purtătorilor săi, gluonii. Gluonii, așa cum era de așteptat în teoria cuantică, au fost înzestrați cu spin unitar, identitatea particulei și antiparticulei și masa de repaus zero, ca un foton.
În realitate, în natură nu există o interacțiune puternică a cuarcilor ipotetici, ci forțe nucleare ale nucleonilor - și acestea sunt concepte diferite.

Au trecut 50 de ani. Quarcii nu au fost găsiți niciodată în natură și pentru noi a fost inventat un nou basm matematic numit „Confinement”. O persoană care gândește poate vedea cu ușurință în ea o nerespectare flagrantă pentru legea fundamentală a naturii - legea conservării energiei. Dar o persoană care gândește va face asta, iar povestitorii au primit o scuză care li se potrivea.

De asemenea, gluonii NU au fost găsiți în natură. Faptul este că numai mezonii vectori (și încă una dintre stările excitate ale mezonilor) pot avea spin unitar în natură, dar fiecare mezon vector are o antiparticulă. - De aceea mezonii vectoriali nu sunt candidați potriviți pentru „gluoni”. Primele nouă stări excitate ale mezonilor rămân, dar 2 dintre ele contrazic Modelul Standard în sine, iar Modelul Standard nu le recunoaște existența în natură, iar restul au fost bine studiate de fizică și nu va fi posibil să le trecem. ca gluoni fabulosi. Există o ultimă opțiune: transmiterea unei stări legate a unei perechi de leptoni (muoni sau leptoni tau) ca gluon - dar chiar și aceasta poate fi calculată în timpul dezintegrarii.

Asa de, De asemenea, nu există gluoni în natură, la fel cum nu există quarci și interacțiunea puternică fictivă în natură..
Crezi că susținătorii Modelului Standard nu înțeleg acest lucru - încă înțeleg, dar este pur și simplu nasol să recunoști eroarea a ceea ce au făcut de zeci de ani. De aceea vedem noi basme matematice („teoria corzilor” etc.).

10 Fizica nouă: Proton - rezumat

În partea principală a articolului nu am vorbit în detaliu despre quarcii zâne (cu gluoni de zâne), deoarece aceștia NU sunt în natură și nu are rost să-ți umpli capul cu basme (inutil) - și fără elementele fundamentale ale fundația: quarci cu gluoni, modelul standard s-a prăbușit - timpul dominației sale în fizică TERMINAT (vezi Modelul standard).

Poți ignora locul electromagnetismului în natură atât timp cât vrei (întâlnindu-l la fiecare pas: lumină, radiații termice, electricitate, televiziune, radio, comunicații telefonice, inclusiv celulare, internet, fără de care omenirea nu ar fi știut despre existența particulelor elementare de Teoria Câmpului, ...), și continuă să inventeze noi basme care să le înlocuiască pe cele falimentare, pretinzându-le drept știință; poți, cu o perseverență demnă de o mai bună utilizare, să continui să repeți POVESTILE memorate ale Modelului Standard și Teoriei Cuantice; dar câmpurile electromagnetice din natură au fost, sunt, vor fi și se pot descurca foarte bine fără particule virtuale de basm, precum și gravitația creată de câmpurile electromagnetice, dar basmele au un moment al nașterii și un moment în care încetează să influențeze oamenii. Cât despre natură, NU Îi pasă de basme sau de orice altă activitate literară a omului, chiar dacă pentru ele se acordă Premiul Nobel pentru Fizică. Natura este structurată așa cum este structurată, iar sarcina FIZICĂ-ȘTIINȚEI este să o înțeleagă și să o descrie.

Acum s-a deschis în fața voastră o nouă lume - lumea câmpurilor dipol, a cărei existență fizica secolului XX nici nu a bănuit-o. Ai văzut că un proton are nu una, ci două sarcini electrice (externă și internă) și două raze electrice corespunzătoare. Ai văzut în ce constă masa de repaus a unui proton și că bosonul Higgs imaginar nu mai funcționa (deciziile Comitetului Nobel nu sunt încă legi ale naturii...). Mai mult, mărimea masei și durata de viață depind de câmpurile în care se află protonul. Doar pentru că un proton liber este stabil nu înseamnă că va rămâne stabil mereu și oriunde (se observă descompunerea protonilor în nucleele atomice). Toate acestea depășesc conceptele care au dominat fizica în a doua jumătate a secolului XX. - Fizica secolului 21 - Noua fizică trece la un nou nivel de cunoaștere a materiei, iar noi descoperiri interesante ne așteaptă.

Vladimir Gorunovich

Hidrogenul, un element care are cea mai simplă structură. Are o sarcină pozitivă și o durată de viață aproape nelimitată. Este cea mai stabilă particulă din Univers. Protonii produși de Big Bang nu s-au degradat încă. Masa protonilor este de 1,627*10-27 kg sau 938,272 eV. Mai des, această valoare este exprimată în electronvolți.

Protonul a fost descoperit de „părintele” fizicii nucleare, Ernest Rutherford. El a prezentat ipoteza că nucleele atomilor tuturor elementelor chimice constau din protoni, deoarece masa lor depășește de un număr întreg de ori nucleul unui atom de hidrogen. Rutherford a efectuat un experiment interesant. La acel moment, radioactivitatea naturală a unor elemente fusese deja descoperită. Folosind radiația alfa (particulele alfa sunt nuclee de heliu de înaltă energie), omul de știință a iradiat atomi de azot. Ca rezultat al acestei interacțiuni, o particulă a zburat. Rutherford a sugerat că era un proton. Experimente ulterioare într-o cameră cu bule Wilson i-au confirmat presupunerea. Deci, în 1913, a fost descoperită o nouă particulă, dar ipoteza lui Rutherford despre compoziția nucleului s-a dovedit a fi insuportabilă.

Descoperirea neutronului

Marele om de știință a găsit o eroare în calculele sale și a formulat o ipoteză despre existența unei alte particule care face parte din nucleu și are aproape aceeași masă ca un proton. Experimental, nu a putut să-l detecteze.

Acest lucru a fost făcut în 1932 de omul de știință englez James Chadwick. A condus un experiment în care a bombardat atomii de beriliu cu particule alfa de înaltă energie. Ca rezultat al reacției nucleare, din nucleul de beriliu a fost emisă o particulă, numită mai târziu neutron. Pentru descoperirea sa, Chadwick a primit Premiul Nobel trei ani mai târziu.

Masa unui neutron diferă într-adevăr puțin de masa unui proton (1,622 * 10-27 kg), dar această particulă nu are încărcătură. În acest sens, este neutru și în același timp capabil să provoace fisiunea nucleelor grele. Din cauza lipsei de sarcină, un neutron poate trece cu ușurință prin bariera de potențial Coulomb mare și poate pătrunde în structura nucleului.

Protonul și neutronul au proprietăți cuantice (pot prezenta proprietățile particulelor și ale undelor). Radiația neutronică este utilizată în scopuri medicale. Capacitatea mare de penetrare permite acestei radiații să ionizeze tumorile adânci și alte formațiuni maligne și să le detecteze. În acest caz, energia particulelor este relativ scăzută.

Neutronul, spre deosebire de proton, este o particulă instabilă. Durata sa de viață este de aproximativ 900 de secunde. Se descompune într-un proton, un electron și un electron neutrin.

, electromagnetice și gravitaționale

În fizică, proton este notat p(sau p+). Denumirea chimică a protonului (considerat ca un ion de hidrogen pozitiv) este H +, denumirea astrofizică este HII.

Deschidere

Proprietățile protonilor

Raportul maselor de protoni și electroni, egal cu 1836,152 673 89(17), cu o precizie de 0,002% este egal cu valoarea 6π 5 = 1836,118...

Structura internă a protonului a fost studiată pentru prima dată experimental de R. Hofstadter prin studierea ciocnirilor unui fascicul de electroni de înaltă energie (2 GeV) cu protoni (Premiul Nobel pentru fizică 1961). Protonul este format dintr-un miez greu (nucleu) cu o rază de cm, cu o densitate mare de masă și sarcină, purtând ≈ 35% (\displaystyle \aproximativ 35\,\%) sarcina electrică a protonului și a învelișului relativ rarefiat care îl înconjoară. La o distanta de ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \aprox 0(,)25\cdot 10^(-13)) inainte de ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \aprox 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm acest înveliș este format în principal din ρ - și π -mezoni virtuali purtători ≈ 50% (\displaystyle \aproximativ 50\,\%) sarcina electrică a protonului, apoi la distanță ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \aprox 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm extinde un înveliș de mezoni virtuali ω - și π, purtând ~ 15% din sarcina electrică a protonului.

Presiunea în centrul protonului creat de quarci este de aproximativ 10 35 Pa (10 30 atmosfere), adică mai mare decât presiunea din interiorul stelelor neutronice.

Există trei mărimi fizice asociate cu un proton care au dimensiunea lungimii:

Așa-numita sarcină slabă a protonului Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, care determină participarea sa la interacțiuni slabe prin schimb Z bosonul 0 (similar cu modul în care sarcina electrică a unei particule determină participarea acesteia la interacțiunile electromagnetice prin schimbul unui foton) este 0,0719 ± 0,0045, conform măsurătorilor experimentale ale încălcării parității în timpul împrăștierii electronilor polarizați pe protoni. Valoarea măsurată este consecventă, în cadrul erorii experimentale, cu predicțiile teoretice ale Modelului Standard (0,0708 ± 0,0003).

Stabilitate

Aplicație

Vezi si

Note

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Constante fizice fundamentale --- Listare completă
CODATA Valoare: masa protonilor
CODATA Valoare: masa protonilor in u
Ahmed S.; et al. (2004). „Constrângeri privind dezintegrarea nucleonilor prin moduri invizibile de la Observatorul de neutrini din Sudbury.” Scrisori de revizuire fizică. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Cod biblic:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Valoare: echivalentul energiei masei protonilor în MeV
CODATA Valoare: raportul masei proton-electron
, Cu. 67.
Hofstadter P. Structura nucleelor și nucleonilor // Fiz. - 1963. - T. 81, nr. 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K. I. Procesele virtuale și structura nucleonului // Fizica Microlumii - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Jdanov G. B. Imprăștire elastică, interacțiuni periferice și rezonanțe // Particule de înaltă energie. Energiile înalte în spațiu și laboratoare - M.: Nauka, 1965. - P. 132.
Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. Distribuția presiunii în interiorul protonului // Natura. - 2018. - Mai (vol. 557, nr. 7705). - P. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
Bethe, G., Morrison F. Teoria elementară a nucleului. - M: IL, 1956. - P. 48.