Маса протону. Хто і коли відкрив протон та нейтрон

Протони беруть участь у термоядерних реакціях, які є основним джерелом енергії, що генерується зірками. Зокрема, реакції pp-циклу, який є джерелом майже всієї енергії, що випромінюється Сонцем, зводяться до з'єднання чотирьох протонів в ядро гелію-4 з перетворенням двох протонів на нейтрони.

У фізиці протон позначається p(або p+). Хімічне позначення протона (що розглядається як позитивний іон водню) - H + , астрофізичне - HII.

Відкриття [ | ]

Властивості протону[ | ]

Відношення мас протона і електрона, що дорівнює 1836,152 673 89(17) , з точністю до 0,002% дорівнює значенню 6 5 = 1836,118 ...

Внутрішня структура протона вперше була експериментально досліджена Р. Хофштадтером шляхом вивчення зіткнень пучка електронів високих енергій (2 ГеВ) з протонами (Нобелівська премія з фізики 1961). Протон складається з важкої серцевини (керна) радіусом см, з високою щільністю маси та заряду, що несе ≈ 35 % (\displaystyle \approx 35\%)електричного заряду протона та навколишнього його щодо розрідженої оболонки. На відстані від ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 0,25\cdot 10^(-13))до ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1,4\cdot 10^(-13))см ця оболонка складається в основному з віртуальних ρ- і π-мезонів, що несуть ≈ 50 % (\displaystyle \approx 50\%)електричного заряду протона, потім до відстані ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2,5\cdot 10^(-13))см простягається оболонка з віртуальних ω- і π-мезонів, що несуть ~15% електричного заряду протона.

Тиск у центрі протона, створюваний кварками, становить близько 10 35 Па (10 30 атмосфер), тобто вище тиску всередині нейтронних зірок.

Магнітний момент протона вимірюється шляхом вимірювання відношення резонансної частоти прецесії магнітного моменту протона в заданому однорідному магнітному полі та циклотронної частоти обігу протона по круговій орбіті в тому самому полі.

З протоном пов'язані три фізичні величини, що мають розмірність довжини:

Вимірювання радіусу протону за допомогою атомів звичайного водню, що проводяться різними методами з 1960-х років, привели (CODATA -2014) до результату 0,8751±0,0061 фемтометра(1 фм = 10 -15 м). Перші експерименти з атомами мюонного водню (де електрон замінено мюон) дали цього радіусу на 4 % менший результат 0,84184 ± 0,00067 фм . Причини такої відмінності поки не зрозумілі.

Так званий протон Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, Що визначає його участь у слабких взаємодіях шляхом обміну Z 0 -бозоном (аналогічно тому як електричний заряд частки визначає її участь в електромагнітних взаємодіях шляхом обміну фотоном), становить 0,0719 ± 0,0045 згідно експериментальним вимірюванням порушення парності при розсіянні поляризованих електронів на протонах . Виміряна величина в межах експериментальної похибки узгоджується з теоретичними передбаченнями Стандартної моделі (0,0708±0,0003).

Стабільність [ | ]

Вільний протон стабільний, експериментальні дослідження не виявили жодних ознак його розпаду (нижнє обмеження на час життя - 2,9⋅10 29 років незалежно від каналу розпаду , 8,2⋅10 33 років для розпаду в позитрон і нейтральний півонія , 6,6⋅ 10 33 років для розпаду в позитивний мюон і нейтральний півонія). Оскільки протон є найлегшим з баріонів, стабільність протона є наслідком закону збереження баріонного числа - протон не може розпастись у будь-які легші частки (наприклад, позитрон і нейтрино) без порушення цього закону. Однак багато теоретичних розширень Стандартної моделі передбачають процеси (доки не спостерігалися), наслідком яких було б незбереження баріонного числа і, отже, розпад протона.

Протон, пов'язаний в атомному ядрі, здатний захоплювати електрон з електронною K-, L- або M-оболонки атома (т.з. «електронне захоплення»). Протон атомного ядра, поглинувши електрон, перетворюється на нейтрон і одночасно випускає нейтрино: p+e − →+ν e . "Дірка" в K-, L- або M-шарі, що утворилася при електронному захопленні, заповнюється електроном одного з вищележачих електронних шарів атома з випромінюванням характеристичних рентгенівських променів, що відповідають атомному номеру Z− 1 , та/або Оже-електронів . Відомо понад 1000 ізотопів від 7
4 до 262
105 розпадаються шляхом електронного захоплення. При досить високих доступних енергіях розпаду (вище 2m e c 2 ≈ 1,022 МеВ) відкривається конкуруючий канал розпаду - позитронний розпад p → +e ++ν e . Слід підкреслити, що ці процеси можливі тільки для протона в деяких ядрах, де недостатня енергія заповнюється переходом нейтрону, що утворився, на більш низьку ядерну оболонку; для вільного протона вони заборонені законом збереження енергії.

Джерелом протонів у хімії є мінеральні (азотна, сірчана, фосфорна та інші) та органічні (мурашина, оцтова, щавлева та інші) кислоти. У водному розчині кислоти здатні до дисоціації з відщепленням протона, що утворює катіон гідроксонію.

У газовій фазі протони отримують іонізацією-відривом електрона від атома водню. Потенціал іонізації незбудженого атома водню становить 13,595 еВ. При іонізації молекулярного водню швидкими електронами при атмосферному тиску та кімнатній температурі спочатку утворюється молекулярний іон водню (H 2 +) – фізична система, що складається з двох протонів, що утримуються разом на відстані 1,06 одним електроном. Стабільність такої системи, за Полінгом, викликана резонансом електрона між двома протонами з «резонансною частотою», що дорівнює 7 10 14 с −1 . При підвищенні температури до кількох тисяч градусів склад продуктів іонізації водню змінюється на користь протонів – H+.

Застосування [ | ]

Пучки прискорених протонів використовуються в експериментальній фізиці елементарних частинок (вивчення процесів розсіювання та одержання пучків інших частинок), у медицині (протонна терапія онкологічних захворювань).

Див. також [ | ]

Примітки [ | ]

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants --- Complete Listing
CODATA Value: proton mass
CODATA Value: proton mass in u
Ahmed S.; та ін. (2004). “Constraints on Nucleon Decay за допомогою Invisible Modes від Sudbury Neutrino Observatory”. Physical Review Letters. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode :2004PhRvL..92j2004A . DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV
CODATA Value: proton-electron mass ratio
, с. 67.
Хофштадтер P.Структура ядер та нуклонів // УФН. – 1963. – Т. 81, № 1. – С. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Щолкін К. І.Віртуальні процеси та будова нуклону // Фізика мікросвіту - М.: Атоміздат, 1965. - С. 75.
Пружні розсіювання, периферичні взаємодії та резонони // Частинки високих енергій. Високі енергії в космосі та лабораторії – М.: Наука, 1965. – С. 132.

ВИЗНАЧЕННЯ

Протономназивають стабільну частинку, що належить класу адронів, яка є ядром атома водню.

Вчені розходяться на думці, яку і наукові події вважати відкриттям протона. Важливу роль у відкритті протона відіграли:

створення Е. Резерфордом планетарної моделі атома;
відкриття ізотопів Ф. Содді, Дж. Томсон, Ф. Астоном;
спостереження за поведінкою ядер атомів водню при вибиванні їх альфа-частинками з ядер азоту Е. Резерфорд.

Перші фотографії слідів протона було отримано П. Блекеттом у камері Вільсона щодо процесів штучного перетворення елементів. Блекет досліджував процес захоплення альфа частинок ядрами азоту. У цьому процесі випускався протон і ядро азоту перетворювалося на ізотоп кисню.

Протони разом із нейтронами входять до складу ядер всіх хімічних елементів. Кількість протонів у ядрі визначає атомний номер елемента у періодичній системі Д.І. Менделєєва.

Протон – це позитивно заряджена частка. Її заряд дорівнює модулю елементарному заряду, тобто величині заряду електрона. Заряд протона часто позначають як , тоді можна записати, що:

В даний час вважають, що протон не є елементарною частинкою. Він має складну структуру і складається з двох u-кварків та одного d-кварка. Електричний заряд u - кварка () позитивний і він дорівнює

Електричний заряд d - кварка () негативний і дорівнює:

Кварки пов'язують обмін глюонами, які є квантами поля, вони переносять сильну взаємодію. Те, що протони мають у своїй структурі кілька точкових центрів розсіювання, підтверджено експериментами з розсіювання електронів на протонах.

Протон має кінцеві розміри, про які вчені й досі сперечаються. В даний час протон представляють як хмару, яка має розмитий кордон. Така межа складається з постійно виникаючих та анігілюючих віртуальних частинок. Але в більшості простих завдань протон, звичайно, можна вважати точковим зарядом. Маса спокою протона () приблизно дорівнює:

Маса протона у 1836 разів більша, ніж маса електрона.

Протони беруть участь у всіх фундаментальних взаємодіях: сильні взаємодії поєднують протони та нейтрони в ядра, електрони та протони за допомогою електромагнітних взаємодій з'єднуються в атомах. Як слабку взаємодію можна навести, наприклад, бета-розпад нейтрону (n):

де p – протон; - Електрон; - Антинейтрино.

Розпад протона отриманий поки що не був. Це є одним із важливих сучасних завдань фізики, оскільки це відкриття стало б суттєвим кроком у розумінні єдності сил природи.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

Ядра атома натрію бомбардують протонами. Якою є сила електростатичного відштовхування протона від ядра атома, якщо протон знаходиться на відстані

м. Вважайте, що заряд ядра атома натрію в 11 разів більший за заряд протона. Вплив електронної оболонки атома натрію не можна читати.

Рішення

За основу розв'язання задачі ухвалимо закон Кулона, який можна для нашого завдання (вважаючи частки точковими) записати так:

де F – сила електростатичної взаємодії заряджених частинок; Кл - заряд протона; - Заряд ядра атома натрію; - діелектрична проникність вакууму; - Електрична постійна. Використовуючи наявні дані можна провести обчислення шуканої сили відштовхування:

Відповідь

ПРИКЛАД 2

Завдання

Розглядаючи найпростішу модель атома водню, вважають, що електрон рухається круговою орбітою навколо протона (ядра атома водню). Чому дорівнює швидкість руху електрона, якщо радіус його орбіти дорівнює м?

Рішення

Розглянемо сили (рис.1), які діють на електрон, що рухається по колу. Це сила тяжіння з боку протону. За законом Кулона ми запишемо, що її величина дорівнює ():

де = - Заряд електрона; - Заряд протона; - Електрична постійна. Сила тяжіння меду електроном та протоном у будь-якій точці орбіти електрона спрямована від електрона до протону по радіусу кола.

Протон (елементарна частка)

Польова теорія елементарних частинок, діючи в рамках НАУКИ, спирається на перевірений фізичний фундамент:

Класичну електродинаміку,
Квантову механіку (без віртуальних частинок, що суперечать закону збереження енергії),
Закони збереження – фундаментальні закони фізики.

У цьому принципова відмінність наукового підходу, використаного польовою теорією елементарних частинок - справжня теорія має суворо діяти у межах законів природи: у цьому полягає НАУКА.

Використовувати не існуючі в природі елементарні частинки, вигадувати фундаментальні взаємодії, що не існують у природі, або підміняти існуючі в природі взаємодії казковими, ігнорувати закони природи, займаючись математичними маніпуляціями над ними (створюючи видимість науки) - це доля КАЗОК, що видаються за науку. У результаті фізика скочувалась у світ математичних казок. Казкові персонажі Стандартної моделі (кварки з глюонами) разом із казковими гравітонами та казками "Квантової теорії" вже проникли в підручники фізики - і вводять в оману дітей, видаючи математичні казки за дійсність. Прихильники чесної Нової фізики намагалися протистояти цьому, але сили були не рівні. І так було до 2010 року до появи польової теорії елементарних частинок, коли боротьба за відродження ФІЗИКИ-НАУКИ перейшла на рівень відкритого протистояння справжньої наукової теорії з математичними казками, що захопили владу у фізиці мікросвіту (та й не лише).

Але про досягнення Нової фізики людство не дізналося б, без інтернету, пошукових систем і можливості вільно говорити правду на сторінках сайту. Щодо видань, які заробляють на науці, то хто їх сьогодні читає за гроші, коли є можливість швидко та вільно отримати необхідну інформацію в інтернеті.

1 Протон – це елементарна частка
2 Коли фізика залишалася наукою
3 Протон у фізиці
4 Радіус протона
5 Магнітний момент протону
6 Електричне поле протону

Ернест Резерфорд у 1919 році, опромінюючи альфа-частинками ядра азоту, спостерігав утворення ядер водню. Частку Резерфорд, що утворилася в результаті зіткнення, назвав протоном. Перші фотографії слідів протона в камері Вільсона були отримані в 1925 Патріком Блекеттом. Але самі іони водню (чим і є протони) були відомі набагато раніше дослідів Резерфорда.
Сьогодні, в 21 столітті, фізика може сказати про протони значно більше.

1 Протон це елементарна частка

Уявлення фізики про структуру протона змінювалися, з розвитком фізики.
Спочатку фізика вважала протон елементарною частинкою, і так було до 1964 року, коли Геллман і Цвейг незалежно запропонували гіпотезу кварків.

Спочатку, кваркова модель адронів обмежувалася лише трьома гіпотетичними кварками та його античастинками. Це дозволяло правильно описати спектр відомих на той момент елементарних частинок, без урахування лептонів, які не вписалися в пропоновану модель і тому визнавалися елементарними нарівні з кварками. Платою за це стало введення, які не існують у природі, дробових електричних зарядів. Потім, з розвитком фізики та надходження нових експериментальних даних, кваркова модель поступово розросталася, трансформувалася, у результаті перетворившись на Стандартну модель.

Фізики ретельно зайнялися пошуками нових гіпотетичних частинок. Пошуки кварків велися в космічних променях, у природі (оскільки їхній дробовий електричний заряд неможливо компенсувати) і на прискорювачах.
Йшли десятиліття, зростала потужність прискорювачів, а результат пошуків гіпотетичних кварків завжди був один: кварки НЕ знайдені у природі.

Бачачи перспективу загибелі кваркової (а потім Стандартної) моделі, її прихильники написали і підсунули людству казочку про те, що в деяких експериментах спостерігаються сліди кварків. - Перевірити цю інформацію неможливо – експериментальні дані обробляються за допомогою Стандартної моделі, а вона завжди видасть щось за те, що їй потрібне. Історія фізики знає приклади, коли замість однієї частки підсовували іншу - останньою такою маніпуляцією експериментальними даними стало підсовування векторного мезону як казковий бозон Хіггса, який нібито відповідає за масу частинок, але при цьому не створює їх гравітаційне поле. За цю математичну казку навіть дали Нобелівську премію з фізики. У нашому випадку як казкові кварки підсунули стоячі хвилі змінного електромагнітного поля, про яке писали хвильові теорії елементарних частинок.

Коли трон під стандартною моделлю знову захитався, її прихильники написали і підсунули людству нову казочку для найменших, під назвою "Конфайнмент". Будь-яка мисляча людина відразу побачить у ній знущання над законом збереження енергії – фундаментальним законом природи. Але прихильники Стандартної моделі не бажають бачити ДІЙСНІСТЬ.

2 Коли фізика залишалася наукою

Коли фізика залишалася наукою у ній істина визначалася не думкою більшості - а експериментом. У цьому принципова відмінність фізики-науки від математичних казок, що видаються за фізику.
Усі експерименти з пошуку гіпотетичних кварків(крім, звичайно, підсовування своїх вірувань, під виглядом експериментальних даних) однозначно показали: кварків у природі НІ.

Тепер прихильники Стандартної моделі намагаються підмінити результат всіх експериментів, що став вироком для Стандартної моделі, своєю колективною думкою, видаючи його за дійсність. Але скільки казці не витися, а кінець все одно буде. Питання тільки, який це буде кінець: прихильники Стандартної моделі виявлять розум, мужність і змінять свої позиції слідом за одноголосним вердиктом експериментів (а точніше вердиктом ПРИРОДИ), або їх відправить в історію під загальний сміх Нова фізика - фізика 21 століття, як казкарів, які спробували надути все людство. Вибір їх.

Тепер про протон.

3 Протон у фізиці

Протон – елементарна часткаквантове число L=3/2 (спін = 1/2) – група баріонів, підгрупа протона, електричний заряд +e (систематизація за польовою теорією елементарних частинок).
Відповідно до польової теорії елементарних частинок (теорії - побудованої на науковому фундаменті і єдиної, що отримала правильний спектр всіх елементарних частинок), протон складається з поляризованого змінного електромагнітного поля, що обертається, з постійною складовою. Всі голослівні твердження Стандартної моделі про те, що протон нібито складається з кварків, не мають нічого спільного з дійсністю. - Фізика експериментально довела, що протон має електромагнітні поля, і ще гравітаційне поле. Про те, що елементарні частинки не просто мають - а складаються з електромагнітних полів, фізика геніально здогадалася ще 100 років тому, але побудувати теорію ніяк не вдавалося до 2010 року. Тепер у 2015 році з'явилася ще й теорія гравітації елементарних частинок, яка встановила електромагнітну природу гравітації та здобула рівняння гравітаційного поля елементарних частинок, відмінні від рівнянь гравітації, на підставі яких була побудована не одна математична казка у фізиці.

В даний момент, польова теорія елементарних частинок (на відміну від Стандартної моделі) не суперечить експериментальним даним про будову та спектр елементарних частинок і тому може розглядатися фізикою як працююча в природі теорії.

Структура електромагнітного поля протону(E-постійне електричне поле, H-постійне магнітне поле, жовтим кольором відзначено змінне електромагнітне поле)
Енергетичний баланс (відсоток від усієї внутрішньої енергії):

постійне електричне поле (E) – 0,346%,
постійне магнітне поле (H) – 7,44%,
змінне електромагнітне поле – 92,21%.

Звідси випливає, що з протона m 0~ =0.9221m 0 і близько 8 відсотків його зосереджено в постійних електричному і магнітному полях. Співвідношення між енергією зосередженої в постійному магнітному полі протона та енергії зосередженої в постійному електричному полі дорівнює 21,48. Цим пояснюється наявність у протона ядерних сил.

Електричне поле протона складається з двох областей: зовнішньої з позитивним зарядом і внутрішньої з негативним зарядом. Різниця зарядів зовнішньої та внутрішньої областей визначає сумарний електричний заряд протона +e. В основі його квантування лежать геометрія та будова елементарних частинок.

А так виглядають фундаментальні взаємодії елементарних частинок, які дійсно існують у природі:

4 Радіус протона

Польова теорія елементарних частинок визначає радіус (r) частинки як відстань від центру до точки, в якій досягається максимум щільності маси.

Для протона це буде 3,4212 ∙10 -16 м. До цього треба додати ще товщину шару електромагнітного поля, вийде радіус області простору, яку займає протон:

Для протона це буде 4,5616 ∙10 -16 м. Таким чином, зовнішня межа протона знаходиться від центру частинки на відстані 4,5616 ∙10 -16 м. Невелика частина маси, зосереджена у постійному електричному та постійному магнітному полі протона, відповідно із законами електродинаміки, перебуває поза даного радіусу.

5 Магнітний момент протону

На противагу квантової теорії, польова теорія елементарних частинок стверджує, що магнітні поля елементарних частинок не створюються спіновим обертанням електричних зарядів, а існують одночасно з постійним електричним полем як постійна складова електромагнітного поля. Тому постійні магнітні поля є у всіх елементарних частинок з квантовим числом L>0.
Польова теорія елементарних частинок не вважає магнітний момент протона аномальним - його величина визначається набором квантових чисел тією мірою, як квантова механіка працює в елементарній частинці.
Так основний магнітний момент протона створюється двома струмами:

(+) з магнітним моментом +2 (eħ/m 0 c)
(-) з магнітним моментом -0,5 (eħ/m 0 c)

Для отримання результуючого магнітного моменту протона треба скласти обидва моменти, помножити на відсоток енергії, що міститься в хвильовому змінному електромагнітному полі протона (розділений на 100%) і додати спинову складову (див. Польова теорія елементарних частинок. Частина 2, розділ 3.2), в результаті отримаємо 1,3964237 eh/m 0p с. Для того щоб перевести в звичайні ядерні магнетони треба отримане число помножити на два - у результаті маємо 2,7928474.

Коли фізика передбачала, що магнітні моменти елементарних частинок створюються спиновим обертанням їх електричного заряду, їхнього вимірювання було запропоновано відповідні одиниці: для протона - це eh/2m 0p c (згадаємо, що величина спина протона дорівнює 1/2) названа ядерним магнетоном. Тепер 1/2 можна було б і опустити, як не несучу смислового навантаження, і залишити просто eh/m 0p c.

А якщо серйозно, то всередині елементарних частинок немає електричних струмів, але є магнітні поля (і немає електричних зарядів, але є електричні поля). Неможливо замінити справжні магнітні поля елементарних частинок, магнітні поля струмів (як і справжні електричні поля елементарних частинок, поля електричних зарядів), без втрати точності - ці поля мають різну природу. Тут якась інша електродинаміка - Електродинаміка Фізики Поля, яку ще належить створити, як і саму Фізику Поля.

6 Електричне поле протону

6.1 Електричне поле протона у дальній зоні

Знання фізики про структуру електричного поля протона змінювалися з розвитком фізики. Спочатку вважалося, що електричне поле протона є полем точкового електричного заряду +e. Для цього поля будуть:
потенціалелектричного поля протона в точці (А) у дальній зоні (r > > r p) точно, в системі СІ дорівнює:

напруженість E електричного поля протона у дальній зоні (r > > r p) точно, у системі СІ дорівнює:

де n = r/|r| - одиничний вектор із центру протона в напрямку точки спостереження (А), r - відстань від центру протона до точки спостереження, e - елементарний електричний заряд, жирним шрифтом виділено вектора, ε 0 - електрична постійна, r p =Lħ/(m 0~ c ) - радіус протона в польовій теорії, L - головне квантове число протона в польовій теорії, ħ - постійна Планка, m 0~ - величина маси укладеної в змінному електромагнітному полі протона, C - швидкість світла. (У системі СГС відсутній множник Множник СІ.)

Дані математичні вирази правильні для дальньої зони електричного поля протона: r p , але фізика тоді передбачала, що й вірність поширюється й у ближній зоні, до відстаней близько 10 -14 див.

6.2 Електричні заряди протону

У першій половині 20 століття фізика вважала, що протон має тільки один електричний заряд і він дорівнює +e.

Після появи гіпотези кварків, фізика припустила, що всередині протона є не один, а три електричні заряди: два електричні заряди +2e/3 і один електричний заряд -e/3. У сумі ці заряди дають e. Це було зроблено, оскільки фізика припустила, що протон має складну структуру і складається з двох u-кварків із зарядом +2e/3 та одного d-кварка із зарядом -e/3. Але кварки були знайдено ні з природі, ні з прискорювачах ні з яких енергіях і залишалося або прийняти їх існування віру (що зробили прибічники Стандартної моделі), або шукати іншу структуру елементарних частинок. Але разом з цим у фізиці постійно накопичувалася експериментальна інформація про елементарні частки і коли її накопичилося достатньо для переосмислення зробленого, на світ з'явилася польова теорія елементарних частинок.

Відповідно до польової теорії елементарних частинок, постійне електричне поле елементарних частинок з квантовим числом L>0 як заряджених, так і нейтральних, створюється постійною компонентою електромагнітного поля відповідної елементарної частинки(Не електричний заряд є першопричиною електричного поля, як фізика вважала у 19 столітті, а електричні поля елементарних частинок такі, що вони відповідають полям електричних зарядів). А поле електричного заряду виникає внаслідок наявності асиметрії між зовнішньою та внутрішньою напівсферами, що генерують електричні поля протилежних знаків. Для заряджених елементарних частинок у дальній зоні генерується поле елементарного електричного заряду, а знак електричного заряду визначається знаком електричного поля, що генерується зовнішньою напівсферою. У ближній зоні дане поле має складну структуру і є дипольним, але дипольним моментом воно не має. Для наближеного опису даного поля як системи точкових зарядів потрібно не менше 6 "кварків" усередині протона - буде точніше, якщо взяти 8 "кварків". Зрозуміло, що електричні заряди таких "кварків" будуть зовсім іншими, ніж вважає стандартна модель (зі своїми кварками).

Польова теорія елементарних частинок встановила, що у протона, як і будь-якої іншої позитивно зарядженої елементарної частинки, можна виділити два електричні заряди і відповідно два електричні радіуси:

електричний радіус зовнішнього постійного електричного поля (заряду q + =+1.25e) - r q+ = 4.39 10 -14 см,
електричний радіус внутрішнього постійного електричного поля (заряду q - = -0.25e) - r q - = 2.45 10 -14 см.

Дані характеристики електричного поля протона відповідають розподілу 1 польової теорії елементарних частинок. Фізика поки що експериментально не встановила точність даного розподілу і який розподіл найбільш точно відповідає реальній структурі постійного електричного поля протона в ближній зоні, так само як і структуру електричного поля протона в ближній зоні (на відстанях порядку r p). Як бачите, електричні заряди близькі за величиною до зарядів передбачуваних кварків (+4/3e=+1.333e та -1/3e=-0.333e) у протоні, але на відміну від кварків, електромагнітні поля в природі існують, та аналогічною структурою постійного електричного поля має будь-яка позитивно заряджена елементарна частка, незалежно від величини спина та... .

Величини електричних радіусів для кожної елементарної частинки унікальні і визначаються головним квантовим числом у польовій теорії L, величиною маси спокою, відсотком енергії укладеної в змінному електромагнітному полі (де працює квантова механіка) та структурою постійної складової електромагнітного поля елементарної частинки (однаковою для всіх елементарних частинок з заданим основним квантовим числом L), що генерує зовнішнє постійне електричне поле. Електричний радіус показує середнє розташування рівномірно розподіленого по колу електричного заряду, що створює аналогічне електричне поле. Обидва електричні заряди лежать в одній площині (площині обертання змінного електромагнітного поля елементарної частинки) і мають загальний центр, що збігається з центром обертання змінного електромагнітного поля елементарної частинки.

6.3 Електричне поле протону у ближній зоні

Знаючи величини електричних зарядів усередині елементарної частинки та їх місцезнаходження, можна визначити і створюване ними електричне поле.

електричного поля протона в ближній зоні (r~r p), у системі СІ, як векторна сума, приблизно дорівнює:

Де n+ = r +/ | R + | - одиничний вектор із ближньої (1) або дальньої (2) точки заряду протону q + у напрямку точки спостереження (А), n - = r -/ | r - | - одиничний вектор із ближньої (1) або дальньої (2) точки заряду протона q - у напрямку точки спостереження (А), r - відстань від центру протона до проекції точки спостереження на площину протона, q + - зовнішній електричний заряд +1.25e, q - - внутрішній електричний заряд -0.25e, жирним шрифтом виділено вектор, ε 0 - електрична постійна, z - висота точки спостереження (А) (відстань від точки спостереження до площини протона), r 0 - нормувальний параметр. (У системі СГС відсутній множник Множник СІ.)

Даний математичний вираз є сумою векторів і її треба обчислювати за правилами складання векторів, оскільки це поле двох розподілених електричних зарядів (+1.25e та -0.25e). Перший і третій доданок відповідають ближнім точкам зарядів, другий і четвертий - дальнім. Даний математичний вираз не працює у внутрішній (кільцевій) області протона, що генерує його постійні поля (при одночасному виконанні двох умов: ħ/m 0~ c
Потенціал електричного поляпротона в точці (А) у ближній зоні (r~r p), в системі СІ приблизно дорівнює:

Де r 0 - нормувальний параметр, величина якого може відрізнятися від r 0 у формулі E. (У системі СГС відсутня множник Множник СІ .) Даний математичний вираз не працює у внутрішній (кільцевій) області протона, що генерує його постійні поля (при одночасному виконанні двох умов: ħ/m 0~ c
Калібрування r 0 для обох виразів ближньої зони необхідно проводити на межі області, що генерує постійні поля протона.

7 Маса спокою протону

Відповідно до класичної електродинаміки та формули Ейнштейна, маса спокою елементарних частинок з квантовим числом L>0, у тому числі і протона, визначається як еквівалент енергії їх електромагнітних полів:

де певний інтеграл береться по всьому електромагнітному полю елементарної частинки, E – напруженість електричного поля, H – напруженість магнітного поля. Тут ураховуються всі компоненти електромагнітного поля: постійне електричне поле, постійне магнітне поле, змінне електромагнітне поле. Ця маленька, але дуже ємна для фізики формула, на підставі якої отримано рівняння гравітаційного поля елементарних частинок, відправить в брухт не одну казкову "теорію" - тому її зненавидять деякі їхні автори.

Як випливає з наведеної формули, величина маси спокою протону залежить від умов, у яких протон знаходиться. Так помістивши протон у постійне зовнішнє електричне поле (наприклад, атомне ядро), ми вплинемо на E 2 , що відіб'ється на масі протона та його стабільності. Аналогічна ситуація виникне при поміщенні протона у постійне магнітне поле. Тому деякі властивості протона всередині атомного ядра, від тих самих властивостей вільного протона у вакуумі, далеко від полів.

8 Час життя протона

Встановлений фізикою час життя протона відповідає вільному протону.

Польова теорія елементарних частинок стверджує, що час життя елементарної частки залежить від умов, у яких вона знаходиться. Помістивши протон у зовнішнє поле (наприклад, електричне), ми змінюємо енергію, що міститься в його електромагнітному полі. Можна вибрати знак зовнішнього поля, щоб внутрішня енергія протона збільшилася. Можна підібрати таку величину напруженості зовнішнього поля, що стане можливим розпад протона в позитрон нейтрон і електронне нейтрино і отже протон стане нестабільним. Саме це спостерігається в атомних ядрах, у них електричне поле сусідніх протонів запускає розпад протону ядра. При внесенні до ядра додаткової енергії розпади протонів можуть розпочатися за меншої напруженості зовнішнього поля.

Одна цікава особливість: під час розпаду протона в атомному ядрі, в електромагнітному полі ядра з енергії електромагнітного поля народжується позитрон - з "речовини" (протон) народжується "антиречовина" (позитрон)! і це нікого не дивує.

9 Правда про Стандартну модель

А тепер познайомимося з інформацією, яку прихильники Стандартної моделі не допустять до публікації на "політ-коректних" сайтах, (таких як світова Вікіпедія), на яких противники Нової фізики можуть безжально видаляти (або спотворювати) інформацію прихильників Нової фізики, внаслідок чого ПРАВДА впала жертвою політики:

У 1964 році Геллман і Цвейг незалежно запропонували гіпотезу існування кварків, з яких, на їхню думку, складаються адрони. Нові частки були наділені дробовим електричним зарядом, що не існує в природі.
Лептони в цю кваркову модель, яка згодом переросла в стандартну модель, не вписалися - тому були визнані елементарними частинками.
Щоб пояснити зв'язок кварків у адроне, було припущено існування у природі сильної взаємодії та її переносників - глюонов. Глюони, як і належить у Квантовій теорії, наділили одиничним спином, тотожності частки та античастинки та нульовою величиною маси спокою, як у фотона.
Насправді, у природі існує не сильна взаємодія гіпотетичних кварків, а ядерні сили нуклонів – і це різні поняття.

Минуло 50 років. Кварки так і не були знайдені в природі і нам склали нову математичну казку під назвою "Конфайнмент". Мисляча людина легко побачить у ній відверте ігнорування фундаментального закону природи - закону збереження енергії. Але це зробить мисляча людина, а казкарі отримали їхнє виправдання.

Глюони також не знайшли в природі. Справа в тому, що одиничним спином можуть мати в природі тільки векторні мезони (і ще один зі збуджених станів мезонів), але у кожного векторного мезону є античастка. - Тому векторні мезони на кандидати в "глюони" ніяк не підходять. Залишається дев'ятка перших збуджених станів мезонів, але два з них суперечать самій Стандартній моделі та їх існування в природі Стандартна модель не визнає, а решта непогано вивчена фізикою, і видати їх за казкові глюони не вийде. Є ще останній варіант: видати за глюон пов'язаний стан із пари лептонів (мюонів або тау-лептонів) – але й це при розпаді можна обчислити.

Так що, глюонів у природі також немає, як немає в природі кварків та вигаданої сильної взаємодії.
Ви вважаєте, що прихильники Стандартної моделі цього не розуміють - ще як розуміють, ось тільки нудно визнати хибність того, чим займався десятиліттями. А тому ми бачимо нові математичні казки (теорію струн і т.д.).

10 Нова фізика: Протон - підсумок

Я не став в основній частині статті докладно говорити про казкові кварки (з казковими глюонами), оскільки їх у природі НІ і нема чого забивати голову казками (без необхідності) - а без основних елементів фундаменту: кварків з глюонами впала стандартна модель - час її панування в фізики ЗАВЕРШИЛОСЯ (див. Стандартна модель).

Можна як завгодно довго не помічати місця електромагнетизму в природі (зустрічаючись з ним на кожному кроці: світло, теплове випромінювання, електрика, телебачення, радіо, телефонний зв'язок, у тому числі стільниковий, інтернет, без якого людство не дізналося б про існування польової теорії елементарних частинок, ...), і продовжувати складати нові казочки замість збанкрутілих, видаючи їх за науку; можна із завзятістю, гідною кращого застосування, продовжувати повторювати завчені КАЗКИ Стандартної моделі та Квантової теорії; Але електромагнітні поля в природі були, є, будуть і чудово обходяться без казкових віртуальних частинок, втім як і гравітація, що створюється електромагнітними полями, а ось у казок є час народження і час, коли вони перестають впливати на людей. Щодо природи, то їй НЕМАЄ жодної справи до казок, і будь-якої іншої літературної діяльності людини, навіть якщо за них присуджується Нобелівська премія з фізики. Природа влаштована так, як вона влаштована, а завдання ФІЗИКИ НАУКИ зрозуміти і описати це.

Тепер перед Вами відкрився новий світ – світ дипольних полів, про існування яких фізика 20 століття і не підозрювала. Ви побачили, що протон має не один, а два електричні заряди (зовнішній і внутрішній) і відповідні їм два електричні радіуси. Ви побачили, з чого складається маса спокою протона і що уявний бозон Хіггса виявився без справ (рішення Нобелівського комітету - це ще не закони природи...). Більше того, величина маси та час життя залежать від полів, у яких знаходиться протон. З того, що вільний протон стабільний, ще не випливає, що він залишатиметься стабільним завжди і скрізь (розпади протону спостерігаються в атомних ядрах). Все це виходить за рамки уявлень, що панували у фізиці другої половини ХХ століття. - Нова фізика переходить на новий рівень пізнання матерії., а на нас чекають нові цікаві відкриття.

Володимир Горунович

Гідрогену, елемента, який має найпростішу будову. Воно має позитивний заряд та практично необмежений час життя. Це найстабільніша частка у Всесвіті. Протони, що утворилися внаслідок Великого Вибуху, досі не розпалися. Маса протона становить 1,627*10-27 кг або 938,272 еВ. Найчастіше цю величину виражають у електронвольтах.

Протон було відкрито «батьком» ядерної фізики Ернестом Резерфордом. Він висунув гіпотезу у тому, що ядра атомів всіх хімічних елементів складаються з протонів, оскільки у масі вони перевищують ядро атома водню у кілька разів. Резерфорд поставив цікавий досвід. У ті часи вже було відкрито природну радіоактивність деяких елементів. За допомогою альфа-випромінювання (альфа-частинки являють собою ядра гелію з високими енергіями) вчений опромінював атоми азоту. Внаслідок такої взаємодії вилітала частка. Резерфорд припустив, що то протон. Подальші досліди у бульбашковій камері Вільсона підтвердили його припущення. Так у 1913 році було відкрито нову частинку, але гіпотеза Резерфорда про склад ядра виявилася неспроможною.

Відкриття нейтрону

Великий вчений знайшов помилку у своїх розрахунках і висунув гіпотезу про існування ще однієї частинки, що входить до складу ядра і має практично ту ж масу, що й протон. Експериментально він не зміг її виявити.

Це зробив у 1932 році зробив англійський вчений Джеймс Чедвік. Він поставив досвід, під час якого бомбардував атоми берилію високоенергетичними альфа-частинками. Внаслідок ядерної реакції з ядра берилію вилітала частка, згодом названа нейтроном. За своє відкриття Чедвік вже за три роки отримав Нобелівську премію.

Маса нейтрону дійсно мало відрізняється від маси протона (1,622*10-27 кг), але ця частка не має заряду. У цьому сенсі вона нейтральна і водночас здатна викликати поділ важких ядер. Через відсутність заряду нейтрон може легко пройти через високий кулоновський потенційний бар'єр та впровадитись у структуру ядра.

Протон і нейтрон мають квантові властивості (можуть виявляти властивості частинок і хвиль). Нейтронне випромінювання використовують із медичною метою. Висока проникаюча здатність дозволяє цьому випромінюванню іонізувати глибинні пухлини та інші злоякісні утворення та виявляти їх. При цьому енергія часток відносно невелика.

Нейтрон, на відміну протона, нестабільна частка. Її час життя становить близько 900 секунд. Вона розпадається на протон, електрон та електронне нейтрино.

, електромагнітне та гравітаційне

Відкриття

Властивості протону

Відношення мас протона і електрона, що дорівнює 1836,152 673 89(17) , з точністю до 0,002% дорівнює значенню 6 5 = 1836,118 ...

Внутрішня структура протона вперше була експериментально досліджена Р. Хофштадтером шляхом вивчення зіткнень пучка електронів високих енергій (2 ГеВ) з протонами (Нобелівська премія з фізики 1961). Протон складається з важкої серцевини (керна) радіусом см, з високою щільністю маси та заряду, що несе ≈ 35 % (\displaystyle \approx 35\,\%)електричного заряду протона та навколишнього його щодо розрідженої оболонки. На відстані від ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 0(,)25\cdot 10^(-13))до ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1(,)4\cdot 10^(-13))см ця оболонка складається в основному з віртуальних ρ- і π-мезонів, що несуть ≈ 50 % (\displaystyle \approx 50\,\%)електричного заряду протона, потім до відстані ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2(,)5\cdot 10^(-13))см простягається оболонка з віртуальних ω- і π-мезонів, що несуть ~15% електричного заряду протона.

З протоном пов'язані три фізичні величини, що мають розмірність довжини:

Так званий слабкий заряд протону Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, Що визначає його участь у слабких взаємодіях шляхом обміну Z 0 -бозоном (аналогічно тому як електричний заряд частки визначає її участь в електромагнітних взаємодіях шляхом обміну фотоном), становить 0,0719 ± 0,0045 згідно експериментальним вимірюванням порушення парності при розсіянні поляризованих електронів на протонах . Виміряна величина в межах експериментальної похибки узгоджується з теоретичними передбаченнями Стандартної моделі (0,0708±0,0003).

Стабільність

Застосування

Див. також

Примітки

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants --- Complete Listing
CODATA Value: proton mass
CODATA Value: proton mass in u
Ahmed S.; та ін. (2004). “Constraints on Nucleon Decay за допомогою Invisible Modes від Sudbury Neutrino Observatory”. Physical Review Letters. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode :2004PhRvL..92j2004A . DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV
CODATA Value: proton-electron mass ratio
, с. 67.
Хофштадтер P.Структура ядер та нуклонів // УФН. – 1963. – Т. 81, № 1. – С. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Щолкін К. І.Віртуальні процеси та будова нуклону // Фізика мікросвіту - М.: Атоміздат, 1965. - С. 75.
Жданов Г. Б.Пружні розсіювання, периферичні взаємодії та резонони // Частинки високих енергій. Високі енергії в космосі та лабораторії – М.: Наука, 1965. – С. 132.
Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. pressure distribution inside the proton (англ.) // Nature. - 2018. - May (vol. 557, no. 7705). - P. 396-399. - DOI :10.1038/s41586-018-0060-z.
Бете, Р., Моррісон Ф.Елементарна теорія ядра. – М: ІЛ, 1956. – С. 48.