Neutrón (elementárna častica). Štruktúra atómu: čo je neutrón

§jedna. Zoznámte sa s elektrónom, protónom, neutrónom

Atómy sú najmenšie častice hmoty.
Ak sa zväčší na zemegule jablko strednej veľkosti, potom budú atómy len veľkosti jablka. Napriek takejto malej veľkosti sa atóm skladá z ešte menších fyzikálnych častíc.
Štruktúru atómu by ste už mali poznať zo školského kurzu fyziky. A predsa si pripomíname, že atóm obsahuje jadro a elektróny, ktoré rotujú okolo jadra tak rýchlo, že sa stanú nerozoznateľnými – tvoria „elektrónový oblak“, resp. elektrónový obal atóm.

Elektróny sa zvyčajne označuje takto: e − . Elektróny e- veľmi ľahké, takmer bez tiaže, ale majú negatívne nabíjačka. Rovná sa -1. Elektrina, ktorý všetci používame, je prúd elektrónov bežiacich v drôtoch.

atómové jadro, v ktorom je sústredená takmer všetka jeho hmota, pozostáva z častíc dvoch typov – neutrónov a protónov.

Neutróny označené takto: n 0 , a protóny Takže: p + .
Hmotnostne sú neutróny a protóny takmer rovnaké - 1,675 10 -24 g a 1,673 10 -24 g.
Je pravda, že je veľmi nepohodlné počítať hmotnosť takýchto malých častíc v gramoch, takže je vyjadrená v uhlíkové jednotky, z ktorých každá sa rovná 1,673 10 −24 g.
Za každú získanú časticu relatívna atómová hmotnosť rovný podielu delenia hmotnosti atómu (v gramoch) hmotnosťou uhlíkovej jednotky. príbuzný atómové hmotnosti protón a neutrón sú rovné 1, ale náboj protónov je kladný a rovný +1, zatiaľ čo neutróny nemajú náboj.

. Hádanky o atóme


Atóm sa dá poskladať „v mysli“ z častíc, ako napríklad hračka alebo auto z dielov detského dizajnéra. Je len potrebné dodržať dve dôležité podmienky.

  • Prvá podmienka: každý typ atómu má svoj vlastný vlastný set"detaily" elementárne častice. Napríklad atóm vodíka bude mať nevyhnutne jadro s kladným nábojom +1, čo znamená, že určite musí mať jeden protón (a nie viac).
    Atóm vodíka môže obsahovať aj neutróny. Viac o tom v nasledujúcom odseku.
    Atóm kyslíka (sériové číslo v Periodický systém rovná 8) bude mať jadro nabité osem kladné náboje (+8), čo znamená, že existuje osem protónov. Keďže hmotnosť atómu kyslíka je 16 relatívnych jednotiek, na získanie kyslíkového jadra pridáme ďalších 8 neutrónov.
  • Druhá podmienka je, že každý atóm je elektricky neutrálny. Na to musí mať dostatok elektrónov na vyrovnanie náboja jadra. Inými slovami, počet elektrónov v atóme sa rovná počtu protónov vo svojom jadre a sériové číslo tohto prvku v periodickom systéme.

NEUTRÓN
Neutrón

Neutrón je neutrálna častica patriaca do triedy baryónov. Spolu s protónom tvorí neutrón atómové jadrá. Hmotnosť neutrónu m n = 938,57 MeV/c 2 ≈ 1,675 10 -24 g Neutrón má rovnako ako protón spin 1/2ћ a je to fermión.. Má tiež magnetický moment μ n = - 1,91μ N , kde μ N = e ћ /2m r s je jadrový magnetón (m r je hmotnosť protónu, používa sa Gaussova sústava jednotiek). Veľkosť neutrónu je asi 10 -13 cm Pozostáva z troch kvarkov: jedného u-kvarku a dvoch d-kvarkov, t.j. jeho kvarková štruktúra je udd.
Neutrón, ktorý je baryónom, má baryónové číslo B = +1. Neutrón je vo voľnom stave nestabilný. Keďže je o niečo ťažší ako protón (o 0,14 %), v konečnom stave podlieha rozpadu s vytvorením protónu. V tomto prípade nie je porušený zákon zachovania baryónového čísla, pretože baryónové číslo protónu je tiež +1. V dôsledku tohto rozpadu vzniká aj elektrón e - a elektrónové antineutríno e. K rozpadu dochádza v dôsledku slabej interakcie.


Schéma rozpadu n → p + e - + e.

Životnosť voľného neutrónu je τ n ≈ 890 sekúnd. V zložení atómového jadra môže byť neutrón rovnako stabilný ako protón.
Neutrón ako hadrón sa podieľa na silnej interakcii.
Neutrón objavil v roku 1932 J. Chadwick.

Neutrón ( elementárna častica)

Tento článok napísal Vladimír Gorunovič pre stránku „Wikiknowledge“, umiestnenú na tejto stránke za účelom ochrany informácií pred vandalmi a následne doplnenú na tejto stránke.

Teória poľa elementárnych častíc, pôsobiaca v rámci VEDY, sa opiera o základy overené FYZIKOU:

  • klasická elektrodynamika,
  • kvantová mechanika,
  • Zákony ochrany sú základnými fyzikálnymi zákonmi.

Toto je zásadný rozdiel vedecký prístup, používaný teóriou poľa elementárnych častíc - skutočná teória musí striktne fungovať v rámci zákonov prírody: o tom je VEDA.

Používať elementárne častice, ktoré v prírode neexistujú, vynájsť základné interakcie, ktoré v prírode neexistujú, alebo nahradiť interakcie, ktoré v prírode existujú, rozprávkovými, ignorovať prírodné zákony, robiť s nimi matematické manipulácie (vytvárať tzv. vzhľad vedy) - to je údel rozprávok vydávajúcich sa za vedu. Fyzika vďaka tomu skĺzla do sveta matematických rozprávok.

    1 Neutrónový polomer
    2 Magnetický moment neutrónu
    3 Neutrónové elektrické pole
    4 Kľudová hmotnosť neutrónov
    5 Neutrónová životnosť
    6 Nová fyzika: Neutrón (elementárna častica) - výsledok

Neutrón - elementárna častica kvantové číslo L=3/2 (spin = 1/2) - baryónová skupina, protónová podskupina, elektrický náboj +0 (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), neutrón pozostáva z rotujúcich polarizovaných striedavých elektr. magnetické pole s konštantnou zložkou. Všetky nepodložené tvrdenia štandardného modelu, že neutrón údajne pozostáva z kvarkov, nemajú nič spoločné s realitou. - Fyzika experimentálne dokázala, že neutrón má elektromagnetické polia (nulová hodnota celkového elektrického náboja neznamená absenciu dipólu elektrické pole, ktorý aj Štandardný model bol nepriamo nútený rozpoznať zavedením elektrických nábojov do prvkov neutrónovej štruktúry) a tiež gravitačným poľom. Skutočnosť, že elementárne častice nielenže vlastnia - ale pozostávajú z elektromagnetických polí, fyzika brilantne uhádla už pred 100 rokmi, 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 gravitačné pole elementárnych častíc, odlišných od gravitačných rovníc, na základe ktorých bola postavená nejedna matematická rozprávka vo fyzike.

Štruktúra elektromagnetického poľa neutrónu (E-konštantné elektrické pole, H-konštantné magnetické pole, žltá je zaznamenané premenlivé elektromagnetické pole).

Energetická bilancia (percento celkovej vnútornej energie):

  • konštantné elektrické pole (E) - 0,18 %,
  • permanentné magnetické pole (H) - 4,04 %,
  • striedavé elektromagnetické pole - 95,78%.

Prítomnosť silného konštantného magnetického poľa vysvetľuje držanie neutrónu jadrovými silami. Štruktúra neutrónu je znázornená na obrázku.

Napriek nulovému elektrickému náboju má neutrón dipólové elektrické pole.

1 Neutrónový polomer

Teória poľa elementárnych častíc definuje polomer (r) elementárnej častice ako vzdialenosť od stredu k bodu, kde je dosiahnutá maximálna hustota hmoty.

Pre neutrón to bude 3,3518 ∙ 10 -16 m. K tomu musíme pripočítať hrúbku vrstvy elektromagnetického poľa 1,0978 ∙ 10 -16 m.

Potom to bude 4,4496 ∙10 -16 m. Vonkajšia hranica neutrónu by teda mala byť od stredu vzdialená viac ako 4,4496 ∙10 -16 m. Výsledkom je hodnota takmer rovná polomeru protón, a to nie je prekvapujúce. Polomer elementárnej častice je určený kvantovým číslom L a veľkosťou pokojovej hmotnosti. Obe častice majú rovnaký súbor kvantových čísel L a M L a zvyšné hmotnosti sa mierne líšia.

2 Magnetický moment neutrónu

Protiváha kvantová teória 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 magnetické polia.

Teória poľa elementárnych častíc nepovažuje magnetický moment neutrónu za anomálny – jeho hodnotu určuje súbor kvantových čísel do tej miery, do akej funguje kvantová mechanika v elementárnej častici.

Takže magnetický moment neutrónu je vytvorený prúdom:

Ďalej ho vynásobíme percentom energie striedavého elektromagnetického poľa neutrónu vydeleným 100 percentami a prevedieme ho na jadrové magnetóny. Zároveň by sme nemali zabúdať, že jadrové magnetóny berú do úvahy hmotnosť protónu (m 0p), a nie hmotnosť neutrónu (m 0n), takže získaný výsledok sa musí vynásobiť pomerom m 0p / m 0n. V dôsledku toho dostaneme 1,91304.

3 Neutrónové elektrické pole

Napriek nulovému elektrickému náboju podľa teórie poľa elementárnych častíc musí mať neutrón konštantné elektrické pole. Elektromagnetické pole, ktoré tvorí neutrón, má konštantnú zložku, a preto musí mať neutrón konštantné magnetické pole a konštantné elektrické pole. Pretože elektrický náboj nula potom bude konštantné elektrické pole dipólové. To znamená, že neutrón musí mať konštantné elektrické pole podobné poľu dvoch distribuovaných paralelných elektrických nábojov rovnakej veľkosti a opačné znamenie. Na veľké vzdialenosti bude elektrické pole neutrónu prakticky nepostrehnuteľné v dôsledku vzájomnej kompenzácie polí oboch nábojových znakov. Ale vo vzdialenostiach rádovo neutrónového polomeru bude mať toto pole významný vplyv na interakcie s inými elementárnymi časticami podobných veľkostí. Ide predovšetkým o interakciu v atómových jadrách neutrónu s protónom a neutrónu s neutrónom. Pre interakciu neutrón - neutrón to budú odpudivé sily s rovnakým smerom spinov a príťažlivé sily s opačným smerom spinov. Pre interakciu neutrón - protón závisí znamienko sily nielen od orientácie spinov, ale aj od posunu medzi rovinami rotácie elektromagnetických polí neutrónu a protónu.

Neutrón teda musí mať dipólové elektrické pole dvoch distribuovaných paralelných symetrických kruhových elektrických nábojov (+0,75e a -0,75e) s priemerným polomerom nachádza sa na diaľku

Elektrický dipólový moment neutrónu (podľa teórie poľa elementárnych častíc) sa rovná:

kde ħ je Planckova konštanta, L je hlavné kvantové číslo v teórii poľa elementárnych častíc, e je elementárny elektrický náboj, m 0 je pokojová hmotnosť neutrónu, m 0~ je pokojová hmotnosť neutrónu uzavretého v striedavé elektromagnetické pole, c je rýchlosť svetla, P - elektrický dipólový vektor momentu (kolmý na rovinu neutrónov, prechádza stredom častice a smeruje k kladnému elektrickému náboju), s - priemerná vzdialenosť medzi nábojmi, r e - el. polomer elementárnej častice.

Ako vidíte, elektrické náboje sú svojou veľkosťou blízke nábojom predpokladaných kvarkov (+2/3e=+0,666e a -2/3e=-0,666e) v neutróne, ale na rozdiel od kvarkov v prírode existujú elektromagnetické polia. , a podobnú štruktúru konštanty má každá neutrálna elementárna častica elektrické pole bez ohľadu na veľkosť spinu a... .

Potenciál neutrónového elektrického dipólového poľa v bode (A) (v blízkej zóne približne 10s > r > s) v sústave SI je:

kde θ je uhol medzi vektorom dipólového momentu P a smer k bodu pozorovania A, r 0 - normalizačný parameter rovný r 0 =0,8568Lħ/(m 0~ c), ε 0 - elektrická konštanta, r - vzdialenosť od osi (rotácia striedavého elektromagnetického poľa) elementárna častica k bodu pozorovania A, h je vzdialenosť od roviny častice (prechádzajúcej jej stredom) k bodu pozorovania A, h e je priemerná výška elektrického náboja v neutrálnej elementárnej častici (rovnajúca sa 0,5s) , |...| je modul čísla, P n je veľkosť vektora P n. (V systéme CGS nie je žiadny multiplikátor.)

Sila E neutrónového elektrického dipólového poľa (v blízkej zóne približne 10s > r > s) v sústave SI je:

kde n=r/|r| - jednotkový vektor od stredu dipólu v smere pozorovacieho bodu (A), bodka (∙) označuje skalárny súčin, vektory sú tučne. (V systéme CGS nie je žiadny multiplikátor.)

Zložky intenzity elektrického dipólového poľa neutrónu (v blízkej zóne približne 10s>r>s) pozdĺžne (| |) (pozdĺž vektora polomeru od dipólu k daný bod) a priečne (_|_) v sústave SI:

kde θ je uhol medzi smerom vektora dipólového momentu P n a vektor polomeru do bodu pozorovania (v systéme CGS neexistuje multiplikátor).

Tretia zložka intenzity elektrického poľa je ortogonálna k rovine, v ktorej leží vektor dipólového momentu P n neutrónu a vektora polomeru, - sa vždy rovná nule.

Potenciálna energia U interakcie elektrického dipólového poľa neutrónu (n) s elektrickým dipólovým poľom inej neutrálnej elementárnej častice (2) v bode (A) vo vzdialenej zóne (r>>s), v tzv. Systém SI je:

kde θ n2 je uhol medzi vektormi elektrických dipólových momentov P n a P 2, θ n - uhol medzi vektorom elektrického momentu dipólu P n a vektor r, θ 2 - uhol medzi vektorom elektrického momentu dipólu P 2 a vektor r, r- vektor od stredu dipólového elektrického momentu p n do stredu dipólového elektrického momentu p 2 (do pozorovacieho bodu A). (V systéme CGS nie je žiadny multiplikátor)

Normalizačný parameter r0 je zavedený, aby sa znížila odchýlka hodnoty E od hodnoty vypočítanej pomocou klasickej elektrodynamiky a integrálneho počtu v blízkej zóne. Normalizácia nastáva v bode ležiacom v rovine rovnobežnej s rovinou neutrónu, vzdialenom od stredu neutrónu vo vzdialenosti (v rovine častice) a s výškovým posunom h=ħ/2m 0~ c, kde m 0~ je hodnota hmotnosti uzavretej v striedavom elektromagnetickom poli pokojového neutrónu (pre neutrón m 0~ = 0,95784 m. Pre každú rovnicu sa parameter r 0 vypočítava nezávisle. Ako približnú hodnotu môžete použiť polomer poľa:

Zo všetkého uvedeného vyplýva, že elektrické dipólové pole neutrónu (o existencii ktorého v prírode fyzika 20. storočia ani nevedela), bude podľa zákonov klasickej elektrodynamiky interagovať s nabitými elementárnymi časticami. .

4 Kľudová hmotnosť neutrónov

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

kde určitý integrál sa 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 (ktoré má neutrón), konštantné magnetické pole, striedavé elektromagnetické pole. Tento malý, ale veľmi objemný vzorec pre fyziku, na základe ktorého sa získavajú rovnice gravitačného poľa elementárnych častíc, pošle do šrotu nejednu rozprávkovú „teóriu“ – preto ju niektorí ich autori budú nenávidieť.

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

5 Neutrónová životnosť

Fyzikou stanovená životnosť 880 sekúnd zodpovedá voľnému neutrónu.

Teória poľa elementárnych častíc tvrdí, že životnosť elementárnej častice závisí od podmienok, v ktorých sa nachádza. Umiestnením neutrónu do vonkajšieho poľa (napríklad magnetického) meníme energiu obsiahnutú v jeho elektromagnetickom poli. Smer vonkajšieho poľa možno zvoliť tak, aby vnútorná energia neutrónu klesla. V dôsledku toho sa pri rozpade neutrónu uvoľní menej energie, čo skomplikuje rozpad a predĺži životnosť elementárnej častice. Je možné zvoliť takú hodnotu intenzity vonkajšieho poľa, aby si rozpad neutrónu vyžiadal dodatočnú energiu a následne sa neutrón stal stabilným. Presne to sa pozoruje v atómových jadrách (napríklad deutérium), v ktorých magnetické pole susedných protónov neumožňuje rozpad neutrónov v jadre. Na druhej strane, keď sa do jadra vnesie dodatočná energia, rozpady neutrónov môžu byť opäť možné.

6 Nová fyzika: Neutrón (elementárna častica) - výsledok

Štandardný model (vynechaný z tohto článku, ale tvrdil, že je pravdivý v 20. storočí) uvádza, že neutrón je viazaný stav troch kvarky: jeden "hore" (u) a dva "dole" (d) kvarky (predpokladaná kvarková štruktúra neutrónu: udd). Keďže prítomnosť kvarkov v prírode nebola experimentálne dokázaná, elektrický náboj rovnajúci sa veľkosti náboja hypotetických kvarkov sa v prírode nenašiel a existujú len nepriame dôkazy, ktoré možno interpretovať ako prítomnosť stôp kvarkov v niektoré interakcie elementárnych častíc, ale možno ich interpretovať aj inak, potom tvrdenie The Standard Model, že neutrón má kvarkovú štruktúru, zostáva len neovereným predpokladom. Akýkoľvek model, vrátane štandardného, ​​má právo predpokladať akúkoľvek štruktúru elementárnych častíc vrátane neutrónu, ale kým sa zodpovedajúce častice, ktoré údajne pozostávajú z neutrónu, nenájdu na urýchľovačoch, tvrdenie modelu by sa malo považovať za nepreukázané.

Štandardný model, popisujúci neutrón, zavádza kvarky s gluónmi, ktoré sa v prírode nenachádzajú (nikto tiež nenašiel gluóny), polia a interakcie, ktoré v prírode neexistujú, a je v rozpore so zákonom zachovania energie;

Teória poľa elementárnych častíc ( Nová fyzika) popisuje neutrón na základe polí a interakcií existujúcich v prírode v rámci zákonov pôsobiacich v prírode - to je VEDA.

Vladimír Gorunovič

Prečítajte si tiež