Protónová hmotnosť. Kto a kedy objavil protón a neutrón

Protóny sa zúčastňujú termonukleárnych reakcií, ktoré sú hlavným zdrojom energie generovanej hviezdami. Najmä reakcie pp-cyklus, ktorý je zdrojom takmer všetkej energie vyžarovanej Slnkom, spočíva v spojení štyroch protónov do jadra hélia-4 s premenou dvoch protónov na neutróny.

Vo fyzike sa označuje protón p(alebo p+ ). Chemické označenie protónu (považovaného za kladný vodíkový ión) je H +, astrofyzikálne označenie je HII.

Otvorenie [ | ]

Vlastnosti protónov[ | ]

Pomer hmotností protónov a elektrónov rovný 1836,152 673 89(17) s presnosťou 0,002 % sa rovná hodnote 6π 5 = 1836,118...

Vnútornú štruktúru protónu prvýkrát experimentálne študoval R. Hofstadter štúdiom zrážok zväzku vysokoenergetických elektrónov (2 GeV) s protónmi (Nobelova cena za fyziku 1961). Protón pozostáva z ťažkého jadra (jadra) s polomerom cm, s vysokou hustotou hmoty a náboja, nesúceho ≈ 35 % (\displaystyle \cca 35\%) elektrický náboj protónu a relatívne riedky obal, ktorý ho obklopuje. Vo vzdialenosti od ≈ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \cca 0,25\cdot 10^(-13)) predtým ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \cca 1,4\cdot 10^(-13)) cm tento obal pozostáva hlavne z virtuálnych ρ - a π -mezónov nesúcich ≈ 50 % (\displaystyle \cca 50\%) elektrický náboj protónu, potom do diaľky ≈ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \cca 2,5\cdot 10^(-13)) cm rozširuje obal virtuálnych ω - a π -mezónov, nesúcich ~ 15 % elektrického náboja protónu.

Tlak v strede protónu vytvorený kvarkami je asi 10 35 Pa (10 30 atmosfér), teda vyšší ako tlak vo vnútri neutrónových hviezd.

Magnetický moment protónu sa meria meraním pomeru rezonančnej frekvencie precesie magnetického momentu protónu v danom rovnomernom magnetickom poli a cyklotrónovej frekvencie kruhovej dráhy protónu v rovnakom poli.

S protónom sú spojené tri fyzikálne veličiny, ktoré majú rozmer dĺžky:

Merania polomeru protónov pomocou bežných atómov vodíka, uskutočňované rôznymi metódami od 60. rokov 20. storočia, viedli (CODATA -2014) k výsledku 0,8751 ± 0,0061 femtometer(1 fm = 10 -15 m). Prvé experimenty s miónovými atómami vodíka (kde je elektrón nahradený miónom) poskytli o 4 % menší výsledok pre tento polomer: 0,84184 ± 0,00067 fm. Dôvody tohto rozdielu sú stále nejasné.

Takzvaný protón Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, ktorý určuje jeho účasť na slabých interakciách prostredníctvom výmeny Z 0 bozón (podobne ako elektrický náboj častice určuje jej účasť na elektromagnetických interakciách výmenou fotónu) je 0,0719 ± 0,0045, podľa experimentálnych meraní porušenia parity počas rozptylu polarizovaných elektrónov na protónoch. Nameraná hodnota je v rámci experimentálnej chyby konzistentná s teoretickými predpoveďami štandardného modelu (0,0708 ± 0,0003).

Stabilita [ | ]

Voľný protón je stabilný, experimentálne štúdie neodhalili žiadne známky jeho rozpadu (dolná hranica životnosti je 2,9⋅10 29 rokov bez ohľadu na kanál rozpadu, 8,2⋅10 33 rokov pre rozpad na pozitrónový a neutrálny pión, 6,6⋅ 10 33 rokov na rozpad na pozitívny mión a neutrálny pion). Keďže protón je najľahší z baryónov, stabilita protónu je dôsledkom zákona zachovania baryónového čísla - protón sa nemôže rozpadnúť na žiadne ľahšie častice (napríklad na pozitrón a neutríno) bez porušenia tohto zákona. Mnohé teoretické rozšírenia štandardného modelu však predpovedajú procesy (zatiaľ nepozorované), ktoré by viedli k nezachovaniu baryónového čísla, a teda k rozpadu protónov.

Protón viazaný v atómovom jadre je schopný zachytiť elektrón z elektrónového K-, L- alebo M-obalu atómu (tzv. „elektrónový záchyt“). Protón atómového jadra sa po absorpcii elektrónu zmení na neutrón a súčasne emituje neutríno: p+e − →+ν e . „Diera“ v K-, L- alebo M-vrstve vytvorená záchytom elektrónov je vyplnená elektrónom z jednej z prekrývajúcich sa elektrónových vrstiev atómu, ktorý emituje charakteristické röntgenové lúče zodpovedajúce atómovému číslu. Z− 1, a/alebo Augerove elektróny. Je známych viac ako 1000 izotopov zo 7
4 až 262
105, rozpadá sa záchytom elektrónov. Pri dostatočne vysokých dostupných energiách rozpadu (vyššie 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) otvorí sa konkurenčný rozpadový kanál - pozitrónový rozpad p → +e ++ν e . Treba zdôrazniť, že tieto procesy sú možné len pre protón v niektorých jadrách, kde sa chýbajúca energia dopĺňa prechodom vzniknutého neutrónu do nižšieho jadrového obalu; pre voľný protón sú zakázané zákonom o zachovaní energie.

Zdrojom protónov v chémii sú minerálne (dusičná, sírová, fosforečná a iné) a organické (mravčia, octová, šťaveľová a iné) kyseliny. Vo vodnom roztoku sú kyseliny schopné disociácie s elimináciou protónu za vzniku hydroniového katiónu.

V plynnej fáze sa protóny získavajú ionizáciou – odstránením elektrónu z atómu vodíka. Ionizačný potenciál nevybudeného atómu vodíka je 13,595 eV. Keď je molekulárny vodík ionizovaný rýchlymi elektrónmi pri atmosférickom tlaku a teplote miestnosti, na začiatku sa vytvorí ión molekulárneho vodíka (H 2 +) - fyzikálny systém pozostávajúci z dvoch protónov, ktoré držia spolu vo vzdialenosti 1,06 jeden elektrón. Stabilita takéhoto systému je podľa Paulinga spôsobená rezonanciou elektrónu medzi dvoma protónmi s „rezonančnou frekvenciou“ rovnajúcou sa 7·10 14 s −1. Keď teplota stúpne na niekoľko tisíc stupňov, zloženie produktov ionizácie vodíka sa mení v prospech protónov - H +.

Aplikácia [ | ]

Lúče zrýchlených protónov sa využívajú v experimentálnej fyzike elementárnych častíc (štúdium rozptylových procesov a tvorba lúčov iných častíc), v medicíne (protónová terapia rakoviny).

pozri tiež [ | ]

Poznámky [ | ]

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Základné fyzikálne konštanty --- Kompletný zoznam
CODATA Hodnota: hmotnosť protónov
CODATA Hodnota: hmotnosť protónov v u
Ahmed S.; a kol. (2004). "Obmedzenia rozpadu nukleónov prostredníctvom neviditeľných režimov z observatória Sudbury Neutrino." Fyzické prehľadové listy. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Hodnota: ekvivalent energie protónovej hmotnosti v MeV
CODATA Hodnota: hmotnostný pomer protón-elektrón
, S. 67.
Hofstadter P.Štruktúra jadier a nukleónov // Fyzik. - 1963. - T. 81, č. 1. - S. 185-200. - ISSN. – URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Šchelkin K. I. Virtuálne procesy a štruktúra nukleónu // Fyzika mikrosveta - M.: Atomizdat, 1965. - S. 75.
Elastický rozptyl, periférne interakcie a rezonancie // Vysokoenergetické častice. Vysoké energie vo vesmíre a laboratóriách - M.: Nauka, 1965. - S. 132.

DEFINÍCIA

Proton nazývaná stabilná častica patriaca do triedy hadrónov, ktorá je jadrom atómu vodíka.

Vedci sa nezhodujú na tom, ktorá vedecká udalosť by sa mala považovať za objav protónu. Dôležitú úlohu pri objave protónu zohrali:

vytvorenie planetárneho modelu atómu od E. Rutherforda;
objav izotopov F. Soddym, J. Thomsonom, F. Astonom;
pozorovania správania sa jadier atómov vodíka pri ich vyraďovaní alfa časticami z jadier dusíka od E. Rutherforda.

Prvé fotografie protónových stôp získal P. Blackett v oblačnej komore pri štúdiu procesov umelej premeny prvkov. Blackett študoval proces zachytávania častíc alfa jadrami dusíka. Pri tomto procese sa uvoľnil protón a jadro dusíka sa premenilo na izotop kyslíka.

Protóny sú spolu s neutrónmi súčasťou jadier všetkých chemických prvkov. Počet protónov v jadre určuje atómové číslo prvku v periodickej tabuľke D.I. Mendelejev.

Protón je kladne nabitá častica. Jeho náboj sa rovná veľkosti elementárneho náboja, to znamená hodnote náboja elektrónu. Náboj protónu sa často označuje ako , potom môžeme napísať, že:

V súčasnosti sa verí, že protón nie je elementárna častica. Má zložitú štruktúru a skladá sa z dvoch u-kvarkov a jedného d-kvarku. Elektrický náboj u-kvarku () je kladný a rovná sa

Elektrický náboj d-kvarku () je záporný a rovná sa:

Kvarky spájajú výmenu gluónov, ktoré sú poľnými kvantami, vydržia silnú interakciu. Skutočnosť, že protóny majú vo svojej štruktúre niekoľko bodov bodového rozptylu, potvrdzujú experimenty na rozptyle elektrónov protónmi.

Protón má konečnú veľkosť, o ktorej vedci stále polemizujú. V súčasnosti je protón reprezentovaný ako oblak, ktorý má rozmazanú hranicu. Takáto hranica pozostáva z neustále vznikajúcich a ničiacich virtuálnych častíc. Ale vo väčšine jednoduchých problémov možno protón, samozrejme, považovať za bodový náboj. Zvyšná hmotnosť protónu () sa približne rovná:

Hmotnosť protónu je 1836-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu.

Protóny sa zúčastňujú všetkých základných interakcií: silné interakcie spájajú protóny a neutróny do jadier, elektróny a protóny sa spájajú do atómov pomocou elektromagnetických interakcií. Ako slabú interakciu môžeme uviesť napríklad beta rozpad neutrónu (n):

kde p je protón; - elektrón; - antineutrino.

Rozpad protónov ešte nebol získaný. Toto je jeden z dôležitých moderných problémov fyziky, pretože tento objav by bol významným krokom k pochopeniu jednoty prírodných síl.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie

Jadrá atómu sodíka sú bombardované protónmi. Aká je sila elektrostatického odpudzovania protónu od jadra atómu, ak je protón vo vzdialenosti

m) Uvažujme, že náboj jadra atómu sodíka je 11-krát väčší ako náboj protónu. Vplyv elektrónového obalu atómu sodíka možno ignorovať.

Riešenie

Ako základ pre riešenie problému použijeme Coulombov zákon, ktorý možno pre náš problém napísať (za predpokladu, že častice sú bodové častice) takto:

kde F je sila elektrostatickej interakcie nabitých častíc; Cl je protónový náboj; - náboj jadra atómu sodíka; - dielektrická konštanta vákua; - elektrická konštanta. Pomocou údajov, ktoré máme, môžeme vypočítať požadovanú odpudivú silu:

Odpoveď

PRÍKLAD 2

Cvičenie

Vzhľadom na najjednoduchší model atómu vodíka sa predpokladá, že elektrón sa pohybuje po kruhovej dráhe okolo protónu (jadra atómu vodíka). Aká je rýchlosť elektrónu, ak polomer jeho dráhy je m?

Riešenie

Uvažujme sily (obr. 1), ktoré pôsobia na elektrón pohybujúci sa po kružnici. Toto je sila príťažlivosti protónu. Podľa Coulombovho zákona píšeme, že jeho hodnota sa rovná ():

kde =— náboj elektrónu; - protónový náboj; - elektrická konštanta. Príťažlivá sila medzi elektrónom a protónom v ktoromkoľvek bode na obežnej dráhe elektrónu smeruje od elektrónu k protónu pozdĺž polomeru kruhu.

protón (elementárna častica)

Teória poľa elementárnych častíc, fungujúca v rámci VEDY, je založená na FYZIKOU overenom základe:

klasická elektrodynamika,
kvantová mechanika (bez virtuálnych častíc, ktoré sú v rozpore so zákonom zachovania energie),
Zákony ochrany sú základnými fyzikálnymi zákonmi.

Toto je základný rozdiel medzi vedeckým prístupom používaným teóriou poľa elementárnych častíc - skutočná teória musí fungovať striktne v rámci zákonov prírody: toto je VEDA.

Používanie elementárnych častíc, ktoré v prírode neexistujú, vymýšľanie základných interakcií, ktoré v prírode neexistujú, alebo nahradenie interakcií existujúcich v prírode báječnými, ignorovanie prírodných zákonov, zapájanie sa do matematických manipulácií s nimi (vytváranie zdania vedy) - toto je množstvo ROZPRÁVOK vydávaných za vedu. Fyzika vďaka tomu skĺzla do sveta matematických rozprávok. Rozprávkové postavičky Štandardného modelu (kvarky s gluónmi) spolu s rozprávkovými gravitónmi a rozprávkami „Kvantovej teórie“ už prenikli do učebníc fyziky – a zavádzajú deti, vydávajú matematické rozprávky za realitu. Priaznivci poctivej Novej fyziky sa tomu snažili vzdorovať, ale sily neboli rovnaké. A tak to bolo až do roku 2010, pred príchodom teórie poľa elementárnych častíc, kedy sa boj za obrodu FYZIKY-VIDY posunul na úroveň otvorenej konfrontácie medzi skutočnou vedeckou teóriou a matematickými rozprávkami, ktoré sa chopili moci vo fyzike mikrosvet (nielen).

Ľudstvo by však nevedelo o úspechoch Novej fyziky bez internetu, vyhľadávačov a možnosti slobodne hovoriť pravdu na stránkach webu. Čo sa týka publikácií, ktoré zarábajú na vede, kto ich dnes číta za peniaze, keď je možné rýchlo a slobodne získať požadované informácie na internete.

1 Protón je elementárna častica
2 Keď fyzika zostala vedou
3 Protón vo fyzike
4 Polomer protónov
5 Magnetický moment protónu
6 Elektrické pole protónu

Ernest Rutherford v roku 1919 pri ožarovaní jadier dusíka alfa časticami pozoroval vznik jadier vodíka. Rutherford nazval časticu, ktorá je výsledkom zrážky, protón. Prvé fotografie protónových stôp v oblačnej komore urobil v roku 1925 Patrick Blackett. Ale samotné vodíkové ióny (čo sú protóny) boli známe dlho pred Rutherfordovými experimentmi.
Dnes, v 21. storočí, môže fyzika povedať o protónoch oveľa viac.

1 Protón je elementárna častica

Fyzikálne predstavy o štruktúre protónu sa s vývojom fyziky menili.
Fyzika spočiatku považovala protón za elementárnu časticu až do roku 1964, keď GellMann a Zweig nezávisle navrhli kvarkovú hypotézu.

Pôvodne bol kvarkový model hadrónov obmedzený len na tri hypotetické kvarky a ich antičastice. To umožnilo správne popísať spektrum vtedy známych elementárnych častíc bez toho, aby sa brali do úvahy leptóny, ktoré nezapadali do navrhovaného modelu, a preto boli spolu s kvarkami uznané za elementárne. Cenou za to bolo zavedenie zlomkových elektrických nábojov, ktoré v prírode neexistujú. Potom, ako sa fyzika rozvíjala a boli k dispozícii nové experimentálne údaje, kvarkový model postupne rástol a transformoval sa, až sa nakoniec stal štandardným modelom.

Fyzici usilovne hľadali nové hypotetické častice. Hľadanie kvarkov sa uskutočňovalo v kozmickom žiarení, v prírode (keďže ich zlomkový elektrický náboj nemožno kompenzovať) a na urýchľovačoch.
Uplynuli desaťročia, sila urýchľovačov rástla a výsledok hľadania hypotetických kvarkov bol vždy rovnaký: Kvarky sa v prírode nenachádzajú.

Vidiac perspektívu smrti kvarkového (a potom štandardného) modelu, jeho priaznivci zostavili a priniesli ľudstvu rozprávku, že v niektorých experimentoch boli pozorované stopy kvarkov. - Túto informáciu nie je možné overiť - experimentálne dáta sú spracované pomocou štandardného modelu a vždy vydá niečo, čo potrebuje. História fyziky pozná príklady, keď namiesto jednej častice vkĺzla iná - poslednou takouto manipuláciou s experimentálnymi údajmi bolo prekĺznutie vektorového mezónu ako rozprávkového Higgsovho bozónu, údajne zodpovedného za hmotnosť častíc, no zároveň čas nevytvára ich gravitačné pole. Táto matematická rozprávka bola dokonca ocenená Nobelovou cenou za fyziku. V našom prípade stojaté vlny striedavého elektromagnetického poľa, o ktorých boli napísané vlnové teórie elementárnych častíc, boli vsunuté ako rozprávkové kvarky.

Keď sa trón pod štandardným modelom opäť začal triasť, jeho priaznivci zložili a podstrčili ľudstvu novú rozprávku pre najmenších s názvom „Uväznenie“. Každý mysliaci človek v tom okamžite uvidí výsmech zákona zachovania energie – základného zákona prírody. Ale priaznivci štandardného modelu nechcú vidieť REALitu.

2 Keď fyzika zostala vedou

Keď fyzika ešte zostala vedou, pravdu neurčoval názor väčšiny – ale experiment. To je základný rozdiel medzi FYZIKOU-VEDOU a matematickými rozprávkami vydávanými za fyziku.
Všetky experimenty hľadajúce hypotetické kvarky(samozrejme s výnimkou toho, že ste pod rúškom experimentálnych údajov podsúvali svoje presvedčenie) jasne ukázali: v prírode NEEXISTUJÚ ŽIADNE kvarky.

Teraz sa priaznivci štandardného modelu snažia nahradiť výsledok všetkých experimentov, ktoré sa pre štandardný model stali rozsudkom smrti, svojim kolektívnym názorom a vydávajú ho za realitu. Ale bez ohľadu na to, ako dlho bude rozprávka pokračovať, stále bude koniec. Otázkou je len, aký to bude koniec: priaznivci Štandardného modelu preukážu inteligenciu, odvahu a zmenia svoje pozície po jednomyseľnom verdikte experimentov (alebo skôr: verdikte PRÍRODY), alebo budú odkázaní do histórie uprostred univerzálny smiech Nová fyzika – fyzika 21. storočia, ako rozprávači, ktorí sa snažili oklamať celé ľudstvo. Voľba je na nich.

Teraz o samotnom protóne.

3 Protón vo fyzike

Protón - elementárna častica kvantové číslo L=3/2 (spin = 1/2) - baryónová skupina, protónová podskupina, elektrický náboj +e (systematizácia podľa teórie poľa elementárnych častíc).
Podľa teórie poľa elementárnych častíc (teória postavená na vedeckom základe a jediná, ktorá dostala správne spektrum všetkých elementárnych častíc), protón pozostáva z rotujúceho polarizovaného striedavého elektromagnetického poľa s konštantnou zložkou. Všetky nepodložené tvrdenia štandardného modelu, že protón údajne pozostáva z kvarkov, nemajú nič spoločné s realitou. - Fyzika experimentálne dokázala, že protón má elektromagnetické polia a tiež gravitačné pole. Fyzika pred 100 rokmi brilantne uhádla, že elementárne častice nielenže majú elektromagnetické polia, ale sa z nich skladajú, ale až do roku 2010 nebolo možné vytvoriť teóriu. Teraz, v roku 2015, sa objavila aj teória gravitácie elementárnych častíc, ktorá stanovila elektromagnetickú povahu gravitácie a získala rovnice gravitačného poľa elementárnych častíc, odlišné od rovníc gravitácie, na základe ktorých nie jeden matematický rozprávka vo fyzike bola postavená.

V súčasnosti teória poľa elementárnych častíc (na rozdiel od Štandardného modelu) nie je v rozpore s experimentálnymi údajmi o štruktúre a spektre elementárnych častíc a preto ju fyzika môže považovať za teóriu fungujúcu v prírode.

Štruktúra elektromagnetického poľa protónu(E-konštantné elektrické pole, H-konštantné magnetické pole, striedavé elektromagnetické pole je označené žltou farbou)
Energetická bilancia (percento celkovej vnútornej energie):

konštantné elektrické pole (E) - 0,346 %,
konštantné magnetické pole (H) - 7,44 %,
striedavé elektromagnetické pole - 92,21%.

Z toho vyplýva, že pre protón m 0~ =0,9221 m 0 a asi 8 percent jeho hmotnosti je sústredených v konštantných elektrických a magnetických poliach. Pomer medzi energiou sústredenou v konštantnom magnetickom poli protónu a energiou koncentrovanou v konštantnom elektrickom poli je 21,48. To vysvetľuje prítomnosť jadrových síl v protóne.

Elektrické pole protónu pozostáva z dvoch oblastí: vonkajšej oblasti s kladným nábojom a vnútornej oblasti so záporným nábojom. Rozdiel v nábojoch vonkajšej a vnútornej oblasti určuje celkový elektrický náboj protónu +e. Jeho kvantovanie je založené na geometrii a štruktúre elementárnych častíc.

A takto vyzerajú základné interakcie elementárnych častíc, ktoré skutočne existujú v prírode:

4 Polomer protónov

Teória poľa elementárnych častíc definuje polomer (r) častice ako vzdialenosť od stredu k bodu, v ktorom sa dosiahne maximálna hustota hmoty.

Pre protón to bude 3,4212 ∙10 -16 m. K tomu musíme pripočítať hrúbku vrstvy elektromagnetického poľa a získame polomer oblasti priestoru, ktorú zaberá protón:

Pre protón to bude 4,5616 ∙10 -16 m. Vonkajšia hranica protónu sa teda nachádza vo vzdialenosti 4,5616 ∙10 -16 m od stredu častice. Malá časť hmoty sústredená v konštante elektrické a konštantné magnetické pole protónu, podľa zákonov elektrodynamiky, je mimo tohto polomeru.

5 Magnetický moment protónu

Na rozdiel od kvantovej teórie teória poľa elementárnych častíc tvrdí, že magnetické polia elementárnych častíc nevznikajú rotáciou elektrických nábojov, ale existujú súčasne s konštantným elektrickým poľom ako konštantná zložka elektromagnetického poľa. Preto Všetky elementárne častice s kvantovým číslom L>0 majú konštantné magnetické polia.
Teória poľa elementárnych častíc nepovažuje magnetický moment protónu za anomálny – jeho hodnotu určuje množina kvantových čísel do tej miery, do akej funguje kvantová mechanika v elementárnej častici.
Takže hlavný magnetický moment protónu tvoria dva prúdy:

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

Na získanie výsledného magnetického momentu protónu je potrebné oba momenty sčítať, vynásobiť percentom energie obsiahnutej vo vlnovom striedavom elektromagnetickom poli protónu (vydelené 100 %) a pridať spinovú zložku (pozri Teória poľa elementárne častice. Časť 2, časť 3.2), ako výsledok dostaneme 1,3964237 eh/m 0p c. Aby sme mohli premeniť na obyčajné jadrové magnetóny, výsledné číslo musíme vynásobiť dvomi – nakoniec máme 2,7928474.

Keď fyzika predpokladala, že magnetické momenty elementárnych častíc vznikajú rotáciou rotácie ich elektrického náboja, boli navrhnuté vhodné jednotky na ich meranie: pre protón je to eh/2m 0p c (pamätajte, že rotácia protónu je 1/ 2) nazývaný jadrový magnetón. Teraz by sa 1/2 mohla vynechať, pretože nenesie sémantické zaťaženie, a ponechať jednoducho eh/m 0p c.

Ale vážne, vo vnútri elementárnych častíc nie sú žiadne elektrické prúdy, ale sú tam magnetické polia (a nie sú tam žiadne elektrické náboje, ale sú tam elektrické polia). Nie je možné nahradiť skutočné magnetické polia elementárnych častíc magnetickými poľami prúdov (rovnako ako skutočné elektrické polia elementárnych častíc poľami elektrických nábojov), bez straty presnosti - tieto polia majú iný charakter. Je tu ešte nejaká iná elektrodynamika – Elektrodynamika fyziky poľa, ktorá ešte nebola vytvorená, ako samotná fyzika poľa.

6 Elektrické pole protónu

6.1 Protónové elektrické pole vo vzdialenej zóne

S rozvojom fyziky sa zmenili poznatky fyziky o štruktúre elektrického poľa protónov. Pôvodne sa verilo, že elektrické pole protónu je pole bodového elektrického náboja +e. Pre toto pole bude:
potenciál elektrické pole protónu v bode (A) vo vzdialenej zóne (r > > r p) sa v sústave SI presne rovná:

napätie E protónového elektrického poľa vo vzdialenej zóne (r > > r p) sa v systéme SI presne rovná:

Kde n = r/|r| - jednotkový vektor od protónového stredu v smere pozorovacieho bodu (A), r - vzdialenosť od protónového stredu k pozorovaciemu bodu, e - elementárny elektrický náboj, vektory sú tučne, ε 0 - elektrická konštanta, r p =Lħ /(m 0~ c ) je polomer protónu v teórii poľa, L je hlavné kvantové číslo protónu v teórii poľa, ħ je Planckova konštanta, m 0~ je množstvo hmoty obsiahnuté v striedavom elektromagnetickom poli protón v pokoji, C je rýchlosť svetla. (V systéme GHS nie je žiadny multiplikátor. SI multiplikátor.)

Tieto matematické výrazy sú správne pre vzdialenú zónu protónového elektrického poľa: r p , ale fyzika potom predpokladala, že ich platnosť sa rozšírila aj na blízku zónu, až do vzdialenosti rádovo 10-14 cm.

6.2 Elektrické náboje protónu

V prvej polovici 20. storočia sa fyzika domnievala, že protón má iba jeden elektrický náboj a ten sa rovná +e.

Po objavení sa kvarkovej hypotézy fyzika naznačila, že vo vnútri protónu nie je jeden, ale tri elektrické náboje: dva elektrické náboje +2e/3 a jeden elektrický náboj -e/3. Celkovo tieto poplatky dávajú +e. Bolo to urobené, pretože fyzika naznačila, že protón má zložitú štruktúru a pozostáva z dvoch up kvarkov s nábojom +2e/3 a jedného d kvarku s nábojom -e/3. Ale kvarky sa nenašli ani v prírode, ani v urýchľovačoch pri žiadnych energiách a zostávalo buď ich existenciu veriť (čo urobili zástancovia Štandardného modelu), alebo hľadať inú štruktúru elementárnych častíc. No zároveň sa vo fyzike neustále hromadili experimentálne informácie o elementárnych časticiach, a keď sa ich nahromadilo dosť na to, aby prehodnotili, čo sa urobilo, zrodila sa teória poľa elementárnych častíc.

Podľa teórie poľa elementárnych častíc konštantné elektrické pole elementárnych častíc s kvantovým číslom L>0, nabitých aj neutrálnych, je tvorené konštantnou zložkou elektromagnetického poľa príslušnej elementárnej častice.(nie je to elektrický náboj, ktorý je hlavnou príčinou elektrického poľa, ako sa fyzika domnievala v 19. storočí, ale elektrické polia elementárnych častíc sú také, že zodpovedajú poliam elektrických nábojov). A pole elektrického náboja vzniká v dôsledku prítomnosti asymetrie medzi vonkajšou a vnútornou hemisférou, ktorá vytvára elektrické polia opačných znakov. Pre nabité elementárne častice sa vo vzdialenej zóne generuje pole elementárneho elektrického náboja a znamienko elektrického náboja je určené znamienkom elektrického poľa generovaného vonkajšou hemisférou. V blízkej zóne má toto pole zložitú štruktúru a je to dipól, ale nemá dipólový moment. Pre približný popis tohto poľa ako systému bodových nábojov bude potrebných aspoň 6 „kvarkov“ vo vnútri protónu – presnejšie bude, ak vezmeme 8 „kvarkov“. Je jasné, že elektrické náboje takýchto „kvarkov“ budú úplne odlišné od toho, čo zvažuje štandardný model (so svojimi kvarkami).

Teória poľa elementárnych častíc zistila, že protón, ako každá iná kladne nabitá elementárna častica, možno rozlíšiť dva elektrické náboje a podľa toho dva elektrické polomery:

elektrický polomer vonkajšieho konštantného elektrického poľa (náboj q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
elektrický polomer vnútorného konštantného elektrického poľa (náboj q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.

Tieto charakteristiky protónového elektrického poľa zodpovedajú rozdeleniu 1. teórie poľa elementárnych častíc. Fyzika ešte experimentálne nezistila presnosť tohto rozdelenia a ktoré rozdelenie najpresnejšie zodpovedá skutočnej štruktúre konštantného elektrického poľa protónu v blízkej zóne, ako aj štruktúre elektrického poľa protónu v blízkej zóne. (vo vzdialenostiach rádovo r p). Ako vidíte, elektrické náboje sú svojou veľkosťou blízke nábojom predpokladaných kvarkov (+4/3e=+1,333e a -1/3e=-0,333e) v protóne, ale na rozdiel od kvarkov existujú elektromagnetické polia povahy, a majú podobnú štruktúru konštanty Každá kladne nabitá elementárna častica má elektrické pole bez ohľadu na veľkosť spinu a... .

Hodnoty elektrických polomerov pre každú elementárnu časticu sú jedinečné a sú určené hlavným kvantovým číslom v teórii poľa L, hodnotou pokojovej hmotnosti, percentom energie obsiahnutej v striedavom elektromagnetickom poli (kde funguje kvantová mechanika ) a štruktúra konštantnej zložky elektromagnetického poľa elementárnej častice (rovnaká pre všetky elementárne častice s danou hlavným kvantovým číslom L), generujúca externé konštantné elektrické pole. Elektrický polomer udáva priemernú polohu elektrického náboja rovnomerne rozloženého po obvode, čím vzniká podobné elektrické pole. Oba elektrické náboje ležia v rovnakej rovine (rovina rotácie striedavého elektromagnetického poľa elementárnej častice) a majú spoločný stred, ktorý sa zhoduje so stredom rotácie striedavého elektromagnetického poľa elementárnej častice.

6.3 Elektrické pole protónu v blízkej zóne

Keď poznáme veľkosť elektrických nábojov vo vnútri elementárnej častice a ich umiestnenie, je možné určiť nimi vytvorené elektrické pole.

elektrické pole protónu v blízkej zóne (r~r p) v sústave SI sa ako vektorový súčet približne rovná:

Kde n+ = r +/|r + | - jednotkový vektor z blízkeho (1) alebo vzdialeného (2) bodu protónového náboja q + v smere pozorovacieho bodu (A), n- = r-/|r - | - jednotkový vektor z blízkeho (1) alebo vzdialeného (2) bodu protónového náboja q - v smere pozorovacieho bodu (A), r - vzdialenosť od stredu protónu k priemetu pozorovacieho bodu na protónová rovina, q + - vonkajší elektrický náboj +1,25e, q - - vnútorný elektrický náboj -0,25e, vektory sú zvýraznené tučným písmom, ε 0 - elektrická konštanta, z - výška pozorovacieho bodu (A) (vzdialenosť od pozorovacieho bodu do protónovej roviny), r 0 - normalizačný parameter. (V systéme GHS nie je žiadny multiplikátor. SI multiplikátor.)

Tento matematický výraz je súčtom vektorov a treba ho vypočítať podľa pravidiel sčítania vektorov, keďže ide o pole dvoch distribuovaných elektrických nábojov (+1,25e a -0,25e). Prvý a tretí termín zodpovedajú blízkym bodom nábojov, druhý a štvrtý - vzdialeným. Tento matematický výraz nefunguje vo vnútornej (kruhovej) oblasti protónu, generuje jeho konštantné polia (ak sú súčasne splnené dve podmienky: ħ/m 0~ c
Potenciál elektrického poľa protón v bode (A) v blízkej zóne (r~r p), v sústave SI sa približne rovná:

Kde r 0 je normalizačný parameter, ktorého hodnota sa môže líšiť od r 0 vo vzorci E. (V systéme SGS neexistuje multiplikátor faktora SI.) Tento matematický výraz nefunguje vo vnútornej (kruhovej) oblasti protónu. , generujúc svoje konštantné polia (pri súčasnom vykonaní dvoch podmienok: ħ/m 0~ c
Kalibrácia r 0 pre oba výrazy blízkeho poľa sa musí vykonať na hranici oblasti generujúcej konštantné protónové polia.

7 Protónová pokojová hmotnosť

V súlade s klasickou elektrodynamikou a Einsteinovým vzorcom je pokojová hmotnosť elementárnych častíc s kvantovým číslom L>0 vrátane protónu definovaná ako ekvivalent energie ich elektromagnetických polí:

kde určitý integrál preberá celé elektromagnetické pole elementárnej častice, E je intenzita elektrického poľa, H je intenzita magnetického poľa. Tu sa berú do úvahy všetky zložky elektromagnetického poľa: konštantné elektrické pole, konštantné magnetické pole, striedavé elektromagnetické pole. Tento malý, no fyzikálne veľmi objemný vzorec, na základe ktorého sa odvodzujú rovnice pre gravitačné pole elementárnych častíc, pošle nejednu rozprávkovú „teóriu“ do šrotu – preto niektorí ich autori neznášam to.

Ako vyplýva z vyššie uvedeného vzorca, hodnota pokojovej hmotnosti protónu závisí od podmienok, v ktorých sa protón nachádza. Teda umiestnením protónu do stáleho vonkajšieho elektrického poľa (napríklad atómového jadra) ovplyvníme E 2, čo ovplyvní hmotnosť protónu a jeho stabilitu. Podobná situácia nastane, keď sa protón umiestni do konštantného magnetického poľa. Preto sa niektoré vlastnosti protónu vo vnútri atómového jadra líšia od rovnakých vlastností voľného protónu vo vákuu, ďaleko od polí.

8 Životnosť protónov

Životnosť protónov stanovená fyzikou zodpovedá voľnému protónu.

Teória poľa elementárnych častíc tvrdí, že životnosť elementárnej častice závisí od podmienok, v ktorých sa nachádza. Umiestnením protónu do vonkajšieho poľa (napríklad elektrického) meníme energiu obsiahnutú v jeho elektromagnetickom poli. Môžete si zvoliť znamienko vonkajšieho poľa tak, aby sa vnútorná energia protónu zvýšila. Je možné zvoliť takú hodnotu intenzity vonkajšieho poľa, aby sa protón mohol rozpadnúť na neutrónové, pozitrónové a elektrónové neutríno, a preto sa protón stane nestabilným. Presne to sa pozoruje v atómových jadrách, v ktorých elektrické pole susedných protónov spúšťa rozpad protónu jadra. Keď sa do jadra zavedie dodatočná energia, rozpady protónov môžu začať pri nižšej intenzite vonkajšieho poľa.

Jedna zaujímavá vlastnosť: počas rozpadu protónu v atómovom jadre sa v elektromagnetickom poli jadra rodí pozitrón z energie elektromagnetického poľa - z „hmoty“ (protónu) sa rodí „antihmota“ (pozitrón). !!! a to nikoho neprekvapuje.

9 Pravda o štandardnom modeli

Poďme sa teraz zoznámiť s informáciou, že priaznivci Štandardného modelu nedovolia zverejňovať na „politicky korektných“ stránkach (ako je svetová Wikipedia), na ktorých môžu odporcovia Novej fyziky nemilosrdne vymazávať (alebo skresľovať) informácie priaznivcov. Novej fyziky, v dôsledku čoho sa PRAVDA stala obeťou politiky:

Gellmann a Zweig v roku 1964 nezávisle navrhli hypotézu o existencii kvarkov, z ktorých sa podľa ich názoru skladajú hadróny. Nové častice boli vybavené zlomkovým elektrickým nábojom, ktorý v prírode neexistuje.
Leptóny NEZApadali do tohto Quarkovho modelu, ktorý sa neskôr rozrástol na Štandardný model, a preto boli uznané ako skutočne elementárne častice.
Na vysvetlenie spojenia kvarkov v hadróne sa predpokladalo, že v prírode existuje silná interakcia a jej nosiče, gluóny. Gluóny, ako sa očakávalo v kvantovej teórii, boli vybavené jednotkovým spinom, identitou častice a antičastice a nulovou pokojovou hmotnosťou ako fotón.
V skutočnosti v prírode nie je silná interakcia hypotetických kvarkov, ale jadrových síl nukleónov – a to sú rôzne pojmy.

uplynulo 50 rokov. Kvarky sa v prírode nikdy nenašli a bola pre nás vynájdená nová matematická rozprávka s názvom „Uväznenie“. Mysliaci človek v tom ľahko vidí očividné ignorovanie základného zákona prírody – zákona zachovania energie. Ale mysliaci človek to urobí a rozprávači dostali výhovorku, ktorá sa im hodila.

Gluóny sa v prírode tiež nenašli. Faktom je, že iba vektorové mezóny (a ešte jeden z excitovaných stavov mezónov) môžu mať jednotkový spin, ale každý vektorový mezón má antičasticu. - Preto vektorové mezóny nie sú vhodnými kandidátmi na „gluóny“. Zostáva prvých deväť excitovaných stavov mezónov, ale 2 z nich sú v rozpore so samotným štandardným modelom a štandardný model neuznáva ich existenciu v prírode a zvyšok dobre študovala fyzika a nebude možné ich prejsť ako báječné gluóny. Existuje posledná možnosť: vydávať viazaný stav dvojice leptónov (miónov alebo tau leptónov) za gluón - ale aj to sa dá vypočítať počas rozpadu.

takže, V prírode tiež neexistujú žiadne gluóny, rovnako ako v prírode neexistujú žiadne kvarky a fiktívna silná interakcia..
Myslíte si, že priaznivci štandardného modelu tomu nerozumejú – stále tomu tak je, ale je len choré priznať omyl toho, čo robia už desaťročia. Preto vidíme nové matematické rozprávky ("teória strún" atď.).

10 Nová fyzika: Protón - zhrnutie

V hlavnej časti článku som nehovoril podrobne o rozprávkových kvarkoch (s rozprávkovými gluónmi), keďže NIE SÚ v prírode a nemá zmysel zapĺňať si hlavu rozprávkami (zbytočne) - a bez základných prvkov základ: kvarky s gluónmi, štandardný model sa zrútil - čas jeho dominancie vo fyzike UKONČENÝ (pozri Štandardný model).

Miesto elektromagnetizmu v prírode môžete ignorovať, ako dlho chcete (stretnúť sa s ním na každom kroku: svetlo, tepelné žiarenie, elektrina, televízia, rádio, telefónna komunikácia vrátane mobilnej, internet, bez ktorého by ľudstvo nevedelo o existencia elementárnych častíc Teórie poľa, ...) a pokračovať vo vymýšľaní nových rozprávok, ktoré nahradia tie skrachované, a vydávajú ich za vedu; môžete s vytrvalosťou hodnou lepšieho využitia pokračovať v opakovaní naspamäť rozprávky štandardného modelu a kvantovej teórie; ale elektromagnetické polia v prírode boli, sú, budú a môžu sa v pohode zaobísť aj bez rozprávkových virtuálnych častíc, ako aj gravitácie vytváranej elektromagnetickými poľami, no rozprávky majú čas zrodu a čas, kedy prestávajú ovplyvňovať ľudí. Čo sa týka prírody, tá sa NESTARÁ o rozprávky ani inú literárnu činnosť človeka, aj keď sa za ne udeľuje Nobelova cena za fyziku. Príroda je štruktúrovaná tak, ako je štruktúrovaná, a úlohou FYZIKY-VIDY je jej porozumieť a opísať ju.

Teraz sa pred vami otvoril nový svet – svet dipólových polí, o existencii ktorých fyzika 20. storočia ani len netušila. Videli ste, že protón nemá jeden, ale dva elektrické náboje (vonkajší a vnútorný) a dva zodpovedajúce elektrické polomery. Videli ste, z čoho pozostáva zvyšok protónu a že pomyselný Higgsov bozón nefunguje (rozhodnutia Nobelovej komisie ešte nie sú prírodnými zákonmi...). Okrem toho veľkosť hmotnosti a životnosť závisí od polí, v ktorých sa protón nachádza. To, že je voľný protón stabilný, neznamená, že zostane stabilný vždy a všade (rozpady protónov sú pozorované v atómových jadrách). To všetko presahuje koncepty, ktoré dominovali fyzike v druhej polovici dvadsiateho storočia. - Fyzika 21. storočia – Nová fyzika posúva na novú úroveň poznania hmoty a čakajú nás nové zaujímavé objavy.

Vladimír Gorunovič

Vodík, prvok, ktorý má najjednoduchšiu štruktúru. Má kladný náboj a takmer neobmedzenú životnosť. Je to najstabilnejšia častica vo vesmíre. Protóny produkované Veľkým treskom sa ešte nerozpadli. Hmotnosť protónov je 1,627*10-27 kg alebo 938,272 eV. Častejšie sa táto hodnota vyjadruje v elektrónvoltoch.

Protón objavil „otec“ jadrovej fyziky Ernest Rutherford. Predložil hypotézu, že jadrá atómov všetkých chemických prvkov pozostávajú z protónov, pretože ich hmotnosť prevyšuje jadro atómu vodíka o celé číslo. Rutherford vykonal zaujímavý experiment. V tom čase už bola objavená prirodzená rádioaktivita niektorých prvkov. Pomocou alfa žiarenia (alfa častice sú vysokoenergetické jadrá hélia) vedec ožaroval atómy dusíka. V dôsledku tejto interakcie vyletela častica. Rutherford navrhol, že to bol protón. Ďalšie experimenty vo Wilsonovej bublinovej komore jeho predpoklad potvrdili. Takže v roku 1913 bola objavená nová častica, ale Rutherfordova hypotéza o zložení jadra sa ukázala ako neudržateľná.

Objav neutrónu

Veľký vedec našiel chybu vo svojich výpočtoch a predložil hypotézu o existencii ďalšej častice, ktorá je súčasťou jadra a má takmer rovnakú hmotnosť ako protón. Experimentálne sa mu to nepodarilo zistiť.

V roku 1932 to urobil anglický vedec James Chadwick. Uskutočnil experiment, v ktorom bombardoval atómy berýlia vysokoenergetickými časticami alfa. V dôsledku jadrovej reakcie bola z jadra berýlia emitovaná častica, ktorá sa neskôr nazývala neutrón. Za svoj objav dostal Chadwick o tri roky neskôr Nobelovu cenu.

Hmotnosť neutrónu sa skutočne málo líši od hmotnosti protónu (1,622 * 10-27 kg), ale táto častica nemá náboj. V tomto zmysle je neutrálny a zároveň schopný spôsobiť štiepenie ťažkých jadier. Kvôli nedostatku náboja môže neutrón ľahko prejsť cez bariéru vysokého Coulombovho potenciálu a preniknúť do štruktúry jadra.

Protón a neutrón majú kvantové vlastnosti (môžu vykazovať vlastnosti častíc a vĺn). Neutrónové žiarenie sa používa na lekárske účely. Vysoká penetračná schopnosť umožňuje tomuto žiareniu ionizovať hlboko uložené nádory a iné zhubné útvary a odhaliť ich. V tomto prípade je energia častíc relatívne nízka.

Neutrón je na rozdiel od protónu nestabilná častica. Jeho životnosť je približne 900 sekúnd. Rozpadá sa na protón, elektrón a elektrónové neutríno.

, elektromagnetické a gravitačné

Vo fyzike sa označuje protón p(alebo p+ ). Chemické označenie protónu (považovaného za kladný vodíkový ión) je H +, astrofyzikálne označenie je HII.

Otvorenie

Vlastnosti protónov

Pomer hmotností protónov a elektrónov rovný 1836,152 673 89(17) s presnosťou 0,002 % sa rovná hodnote 6π 5 = 1836,118...

Vnútornú štruktúru protónu prvýkrát experimentálne študoval R. Hofstadter štúdiom zrážok zväzku vysokoenergetických elektrónov (2 GeV) s protónmi (Nobelova cena za fyziku 1961). Protón pozostáva z ťažkého jadra (jadra) s polomerom cm, s vysokou hustotou hmoty a náboja, nesúceho ≈ 35 % (\displaystyle \cca 35\,\%) elektrický náboj protónu a relatívne riedky obal, ktorý ho obklopuje. Vo vzdialenosti od ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \cca 0(,)25\cdot 10^(-13)) predtým ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \cca 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm tento obal pozostáva hlavne z virtuálnych ρ - a π -mezónov nesúcich ≈ 50 % (\displaystyle \cca 50\,\%) elektrický náboj protónu, potom do diaľky ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \cca 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm rozširuje obal virtuálnych ω - a π -mezónov, nesúcich ~ 15 % elektrického náboja protónu.

Tlak v strede protónu vytvorený kvarkami je asi 10 35 Pa (10 30 atmosfér), teda vyšší ako tlak vo vnútri neutrónových hviezd.

S protónom sú spojené tri fyzikálne veličiny, ktoré majú rozmer dĺžky:

Takzvaný slabý náboj protónu Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, ktorý určuje jeho účasť na slabých interakciách prostredníctvom výmeny Z 0 bozón (podobne ako elektrický náboj častice určuje jej účasť na elektromagnetických interakciách výmenou fotónu) je 0,0719 ± 0,0045, podľa experimentálnych meraní porušenia parity počas rozptylu polarizovaných elektrónov na protónoch. Nameraná hodnota je v rámci experimentálnej chyby konzistentná s teoretickými predpoveďami štandardného modelu (0,0708 ± 0,0003).

Stabilita

Aplikácia

pozri tiež

Poznámky

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Základné fyzikálne konštanty --- Kompletný zoznam
CODATA Hodnota: hmotnosť protónov
CODATA Hodnota: hmotnosť protónov v u
Ahmed S.; a kol. (2004). "Obmedzenia rozpadu nukleónov prostredníctvom neviditeľných režimov z observatória Sudbury Neutrino." Fyzické prehľadové listy. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Hodnota: ekvivalent energie protónovej hmotnosti v MeV
CODATA Hodnota: hmotnostný pomer protón-elektrón
, S. 67.
Hofstadter P.Štruktúra jadier a nukleónov // Fyzik. - 1963. - T. 81, č. 1. - S. 185-200. - ISSN. – URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Šchelkin K. I. Virtuálne procesy a štruktúra nukleónu // Fyzika mikrosveta - M.: Atomizdat, 1965. - S. 75.
Ždanov G. B. Elastický rozptyl, periférne interakcie a rezonancie // Vysokoenergetické častice. Vysoké energie vo vesmíre a laboratóriách - M.: Nauka, 1965. - S. 132.
Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. Rozloženie tlaku vo vnútri protónu // Príroda. - 2018. - máj (roč. 557, č. 7705). - S. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
Bethe, G., Morrison F. Elementárna teória jadra. - M: IL, 1956. - S. 48.