Vety, alkuaine, jolla on yksinkertaisin rakenne. Sillä on positiivinen varaus ja lähes rajoittamaton käyttöikä. Se on maailmankaikkeuden vakain hiukkanen. Alkuräjähdyksen seurauksena muodostuneet protonit eivät ole vielä hajonneet. Protonin massa on 1,627*10-27 kg tai 938,272 eV. Useammin tämä arvo ilmaistaan ​​elektronivolteina.

Protonin löysi ydinfysiikan "isä" Ernest Rutherford. Hän esitti hypoteesin, että kaikkien kemiallisten alkuaineiden atomien ytimet koostuvat protoneista, koska ne ylittävät massaltaan vetyatomin ytimen kokonaislukumäärällä. Rutherford toimitettu mielenkiintoinen kokemus. Tuolloin joidenkin alkuaineiden luonnollinen radioaktiivisuus oli jo havaittu. Alfasäteilyllä (alfahiukkaset ovat heliumytimiä, joilla on suuri energia) tiedemies säteilytti typpiatomeja. Tämän vuorovaikutuksen seurauksena hiukkanen vapautui. Rutherford ehdotti, että se oli protoni. Lisäkokeet Wilsonin kuplakammiossa vahvistivat hänen oletuksensa. Joten vuonna 1913 löydettiin uusi hiukkanen, mutta Rutherfordin hypoteesi ytimen koostumuksesta osoittautui kestämättömäksi.

Neutronin löytö

Suuri tiedemies löysi virheen laskelmissaan ja esitti hypoteesin toisen hiukkasen olemassaolosta, joka on osa ydintä ja jolla on melkein sama massa kuin protonilla. Hän ei pystynyt kokeellisesti havaitsemaan sitä.

Tämän teki vuonna 1932 englantilainen tiedemies James Chadwick. Hän perusti kokeen, jonka aikana hän pommitti berylliumatomeja korkeaenergisilla alfahiukkasilla. Ydinreaktion seurauksena berylliumin ytimestä lensi hiukkanen, jota myöhemmin kutsuttiin neutroniksi. Chadwick sai Nobel-palkinnon löydöstään kolme vuotta myöhemmin.

Neutronin massa eroaa todella vähän protonin massasta (1,622 * 10-27 kg), mutta tällä hiukkasella ei ole varausta. Tässä mielessä se on neutraali ja samalla kykenevä aiheuttamaan raskaiden ytimien fissiota. Varauksen puutteen vuoksi neutroni voi helposti läpäistä korkean Coulombin potentiaalin esteen ja uppoutua ytimen rakenteeseen.

Protonilla ja neutronilla on kvanttiominaisuuksia (niillä voi olla hiukkasten ja aaltojen ominaisuuksia). Neutronisäteilyä käytetään lääketieteellisiin tarkoituksiin. Suuri tunkeutumisteho mahdollistaa tämän säteilyn ionisoimisen syvälle kasvaimille ja muille pahanlaatuisille muodostuksille ja havaitsemaan ne. Tässä tapauksessa hiukkasenergia on suhteellisen pieni.

Neutroni, toisin kuin protoni, on epävakaa hiukkanen. Sen käyttöikä on noin 900 sekuntia. Se hajoaa protoniksi, elektroniksi ja elektronineutriinoksi.

Lähteet:

• Protonin ja neutronin löytäminen

Hyvin usein eri tilanteissa ihmiset kuulevat sanan protoni, samoin kuin ydin, neutroni, elektroni. Aina opiskelijat ja edes aikuiset eivät tiedä, mistä tämä nimi tulee ja milloin maailma oppi sellaisista elementeistä.

Mennyt suuri määrä aikaa ennen kuin tiedemiehet olivat yhtä mieltä siitä, että kaikki aineet koostuvat molekyyleistä. Ajan myötä he jopa onnistuivat toteamaan, että atomit ovat koostumuksessaan. Sitten heräsi kysymys, mistä atomi koostuu. Atomi sisältää ytimen ja joukon elektroneja, jotka pyörivät ytimen ympärillä.

Vetyatomin ydin

Rutherford, joka oli yksi tämän fysiikan alan löytäjistä ja työskenteli koko elämänsä tämän suunnan kehittämiseksi, oletti, että minkä tahansa kemiallisen alkuaineen ydin sisältää vetyytimen, jonka hän pystyi vahvistamaan kokeiden avulla.

Nämä kokeet vaativat huomattavaa valmistelua, ja kokeita tehdessään tiedemies ja hänen oppilaansa uhrasivat usein terveytensä. Koe suoritettiin tällä tavalla: alfan avulla pommitettiin typpiatomeja. Tämän seurauksena typpiatomien ytimistä syrjäytettiin erilaisia ​​hiukkasia, jotka kiinnitettiin valoherkälle kalvolle. Heikon hehkun vuoksi Rutherford joutui istumaan huoneessa ilman valaistusta kahdeksan tuntia, jotta hänen silmänsä pystyisivät paremmin kiinnittämään valojäljet.

Näiden kokeiden ansiosta Rutherford pystyi tyrmäyksen jälkien perusteella määrittämään, että minkä tahansa aineen atomissa on täsmälleen vety- ja happiatomeja.

Protoni

Rutherfordin protonihiukkanen vuonna 1919 kokeessa, joka osoitti vetyatomiytimen läsnäolon missä tahansa kemiallisessa elementissä. Protoni on pohjimmiltaan elektroni, mutta positiivisella merkillä se tasapainottaa elektronien määrää, tässä tilanteessa atomia kutsutaan neutraaliksi tai varautumattomaksi.

Nimi protoni tulee sanasta "protos", joka on käännetty kreikaksi ensimmäiseksi. Aluksi he halusivat nimetä tämän hiukkasen Kreikan sana"baros", mikä tarkoittaa raskautta. Mutta lopulta päätettiin, että "protoni" kuvaa paremmin tämän elementin kaikkia ominaisuuksia. On tärkeää muistaa, että protonin massa on noin 1840 kertaa suurempi kuin .

Neutron

Neutroni on myös yksi atomin alkuaineista. Chadwick löysi tämän elementin suoritettuaan sarjan pommituksia atomin ytimen yli. Tällaisella pommituksella lensi ulos elementtejä, jotka eivät reagoineet millään tavalla sähkökenttään, minkä vuoksi niitä kutsuttiin lopulta neutroneiksi.

Universumi, jota joskus kutsutaan kosmokseksi, koostuu galakseista, eli tähtijärjestelmät. Nykyään on olemassa erilaisia ​​hypoteeseja maailmankaikkeuden alkuperästä, mutta yhtä tieteellisesti todistettua tosiasiaa ei ole. Kaikki nämä teoriat perustuvat eri tutkijoiden oletuksiin ja laskelmiin.

Ohje

Universumitutkimuksen perustaja oli puolalainen tähtitieteilijä Nicolaus Copernicus, joka kirjoitti teoksen heliosentrisestä järjestelmästä, jossa todettiin, että Maa on osa suurta. Myöhempinä aikoina N. Kopernikuksen teoksia paransivat ja täydensivät muut tiedemiehet, mutta napa onnistui antamaan ihmiskunnalle perustieto kosmisesta maailmanjärjestyksestä.

Universumin kattavin ja täydellisin tutkimus alkoi vasta 1900-luvulla. Tämä johtui tieteen tekniikan kehityksestä. Päällä Tämä hetki tiedossa, että tärkein kemiallinen alkuaine, joka on osa maailmankaikkeutta, on vety. Sen tilavuus on 75 % tavanomaisesta kokonaistilavuudesta, jota seuraa helium, jonka tilavuus on 23 %. Loput ovat vähäisten kemiallisten epäpuhtauksien peitossa. Ihmiskunta on monien vuosien ajan seurannut maailmankaikkeuden kehitystä ymmärtääkseen sen syntymisen syitä.

→

Monet tietävät koulusta, että kaikki aine koostui atomeista. Atomit puolestaan ​​koostuvat protoneista ja neutroneista, jotka muodostavat atomien ja elektronien ytimen, jotka sijaitsevat jollain etäisyydellä ytimestä. Monet ovat myös kuulleet, että valo koostuu myös hiukkasista - fotoneista. Hiukkasten maailma ei kuitenkaan rajoitu tähän. Tähän mennessä tunnetaan yli 400 erilaista alkuainehiukkasta. Yritetään ymmärtää, kuinka alkuainehiukkaset eroavat toisistaan.

On olemassa monia parametreja, joilla alkuainehiukkaset voidaan erottaa toisistaan:

• Paino.
• Sähkövaraus.
• Elinikä. Lähes kaikilla alkuainehiukkasilla on rajallinen elinikä, jonka jälkeen ne hajoavat.
• Pyöritä. Sitä voidaan likimäärin pitää pyörimismomenttina.

Muutama parametri lisää, tai kuten niitä kvanttilukutieteessä yleisesti kutsutaan. Nämä parametrit eivät aina ole selkeitä fyysinen merkitys, mutta niitä tarvitaan erottamaan hiukkaset toisista. Kaikki nämä lisäparametrit esitetään joinakin suureina, jotka säilyvät vuorovaikutuksessa.

Lähes kaikilla hiukkasilla on massa, paitsi fotoneilla ja neutriinoilla (uusimpien tietojen mukaan neutriinoilla on massa, mutta niin pieni, että sitä pidetään usein nollana). Ilman massaa hiukkaset voivat olla olemassa vain liikkeessä. Kaikkien hiukkasten massa on erilainen. Elektronilla on pienin massa neutrinoa lukuun ottamatta. Hiukkasten, joita kutsutaan mesoneiksi, massa on 300-400 kertaa suurempi kuin elektronin massa, protoni ja neutroni ovat lähes 2000 kertaa raskaampia kuin elektroni. Hiukkasia, jotka ovat lähes 100 kertaa raskaampia kuin protoni, on jo löydetty. Massa (tai sen energiaekvivalentti Einsteinin kaavan mukaan:

säilyy kaikessa alkuainehiukkasten vuorovaikutuksessa.

Kaikilla hiukkasilla ei ole sähkövarausta, mikä tarkoittaa, että kaikki hiukkaset eivät pysty osallistumaan sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen. Kaikille vapaasti olemassa oleville hiukkasille sähkövaraus on elektronin varauksen kerrannainen. Vapaasti olemassa olevien hiukkasten lisäksi on myös hiukkasia, jotka ovat vain sidottuina, niistä puhumme hieman myöhemmin.

Spin, kuten myös muut eri hiukkasten kvanttiluvut, ovat erilaisia ​​ja luonnehtivat niiden ainutlaatuisuutta. Jotkut kvanttiluvut säilyvät joissakin vuorovaikutuksissa, toiset toisissa. Kaikki nämä kvanttiluvut määräävät, mitkä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa minkä kanssa ja miten.

Elinikä on myös erittäin tärkeä hiukkasen ominaisuus, ja tarkastelemme sitä tarkemmin. Aloitetaan huomautuksella. Kuten artikkelin alussa totesimme, kaikki, mikä meitä ympäröi, koostuu atomeista (elektroneista, protoneista ja neutroneista) ja valosta (fotonit). Missä on satoja lisää? monenlaisia alkuainehiukkasia. Vastaus on yksinkertainen - kaikkialla ympärillämme, mutta emme huomaa kahdesta syystä.

Ensimmäinen niistä on, että melkein kaikki muut hiukkaset elävät hyvin vähän, noin 10 - miinus 10 sekuntia tai vähemmän, eivätkä siksi muodosta rakenteita, kuten atomeja, kristallihilat ja niin edelleen. Toinen syy koskee neutriinoja, vaikka nämä hiukkaset eivät hajoa, ne ovat vain heikon ja gravitaatiovuorovaikutuksen alaisia. Tämä tarkoittaa, että nämä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa niin vähän, että on lähes mahdotonta havaita niitä.

Visualisoidaan, mikä ilmaisee, kuinka hyvin hiukkanen vuorovaikuttaa. Esimerkiksi elektronien virtaus voidaan pysäyttää melkoisesti ohut levy terästä, muutaman millimetrin luokkaa. Tämä tapahtuu, koska elektronit alkavat välittömästi olla vuorovaikutuksessa teräslevyn hiukkasten kanssa, ne muuttavat jyrkästi suuntaansa, lähettävät fotoneja ja menettävät siten energiaa melko nopeasti. Kaikki on vialla neutriinojen virtauksessa, ne voivat kulkea läpi melkein ilman vuorovaikutusta Maapallo. Siksi niitä on erittäin vaikea löytää.

Joten useimmat hiukkaset elävät hyvin lyhyt aika, jonka jälkeen se hajoaa. Hiukkasten hajoaminen ovat yleisimmät reaktiot. Hajoamisen seurauksena yksi hiukkanen hajoaa useiksi pienemmiksi massaisiksi hiukkasiksi, jotka puolestaan ​​hajoavat edelleen. Kaikki rappeumat tottelevat tietyt säännöt- luonnonsuojelulakeja. Joten esimerkiksi hajoamisen seurauksena on säilytettävä sähkövaraus, massa, spin ja joukko kvanttilukuja. Jotkut kvanttiluvut voivat muuttua hajoamisen aikana, mutta myös tiettyjen sääntöjen mukaisesti. Hajoamissäännöt kertovat meille, että elektroni ja protoni ovat pysyviä hiukkasia. He eivät voi enää rapistua tottelemalla rappeutumisen sääntöjä, ja siksi rappeutumisketjut päättyvät heidän kanssaan.

Tässä haluaisin sanoa muutaman sanan neutronista. Myös vapaa neutroni hajoaa protoniksi ja elektroniksi noin 15 minuutissa. Tätä ei kuitenkaan tapahdu, kun neutroni on atomiytimessä. Tämä tosiasia voidaan selittää eri tavoilla. Esimerkiksi kun elektroni ja ylimääräinen protoni hajoavasta neutronista ilmestyvät atomin ytimeen, tapahtuu välittömästi käänteinen reaktio - yksi protoneista absorboi elektronin ja muuttuu neutroniksi. Tätä kuvaa kutsutaan dynaamiseksi tasapainoksi. Se havaittiin universumissa sen kehityksen varhaisessa vaiheessa pian alkuräjähdyksen jälkeen.

Hajoamisreaktioiden lisäksi on olemassa myös sirontareaktioita - kun kaksi tai useampi hiukkanen vuorovaikuttaa samanaikaisesti ja tuloksena on yksi tai useampi muu hiukkanen. On myös absorptioreaktioita, kun yksi saadaan kahdesta tai useammasta hiukkasesta. Kaikki reaktiot tapahtuvat voimakkaan heikon tai sähkömagneettisen vuorovaikutuksen seurauksena. Voimakkaasta vuorovaikutuksesta johtuvat reaktiot ovat nopeimmat, tällaisen reaktion aika voi olla 10 - miinus 20 sekuntia. Sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta johtuvien reaktioiden nopeus on pienempi, tässä aika voi olla noin 10 - miinus 8 sekuntia. Reaktioihin heikko vuorovaikutus aika voi olla kymmeniä sekunteja ja joskus jopa vuosia.

Hiukkasia käsittelevän tarinan lopussa puhutaan kvarkeista. Kvarkit ovat alkuainehiukkasia, joiden sähkövaraus on moninkertainen kolmanneksen elektronin varauksesta ja jotka eivät voi olla vapaassa tilassa. Heidän vuorovaikutuksensa on järjestetty siten, että he voivat elää vain osana jotain. Esimerkiksi kolmen tietyn tyyppisen kvarkin yhdistelmä muodostaa protonin. Toinen yhdistelmä antaa neutronin. Kaikkiaan tunnetaan 6 kvarkkia. Niiden erilaiset yhdistelmät antavat meille erilaisia ​​hiukkasia, ja vaikka kaikki kvarkkien yhdistelmät eivät ole fysikaalisten lakien sallimia, kvarkeista koostuvia hiukkasia on melko paljon.

Tässä voi herää kysymys, kuinka protonia voidaan kutsua alkeisaineeksi, jos se koostuu kvarkeista. Hyvin yksinkertaisesti - protoni on alkeisaine, koska sitä ei voida jakaa komponenttiosiinsa - kvarkeihin. Kaikki vahvaan vuorovaikutukseen osallistuvat hiukkaset koostuvat kvarkeista ja ovat samalla alkuainehiukkasia.

Alkuainehiukkasten vuorovaikutusten ymmärtäminen on erittäin tärkeää maailmankaikkeuden rakenteen ymmärtämiseksi. Kaikki mitä tapahtuu makrokappaleille on seurausta hiukkasten vuorovaikutuksesta. Se on hiukkasten vuorovaikutus, joka kuvaa puiden kasvua maan päällä, reaktioita tähtien syvyyksissä, neutronitähtien säteilyä ja paljon muuta.

Todennäköisyydet ja kvanttimekaniikka

>

Mikä on neutroni? Mitkä ovat sen rakenne, ominaisuudet ja toiminnot? Neutronit ovat suurimpia hiukkasista, jotka muodostavat atomeja, jotka ovat kaiken aineen rakennuspalikoita.

Atomin rakenne

Neutronit sijaitsevat ytimessä - atomin tiheässä alueella, joka on myös täynnä protoneja (positiivisesti varautuneita hiukkasia). Näitä kahta elementtiä pitää yhdessä ydinvoima. Neutroneilla on neutraali varaus. Protonin positiivinen varaus sovitetaan elektronin negatiiviseen varaukseen neutraalin atomin luomiseksi. Vaikka ytimen neutronit eivät vaikuta atomin varaukseen, niillä on monia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat atomiin, mukaan lukien radioaktiivisuuden taso.

Neutronit, isotoopit ja radioaktiivisuus

Hiukkanen, joka on atomin ytimessä - neutroni on 0,2% suurempi kuin protoni. Yhdessä ne muodostavat 99,99 % saman alkuaineen kokonaismassasta ja niissä voi olla eri määrä neutroneja. Kun tiedemiehet viittaavat atomimassaan, he tarkoittavat keskimääräistä atomimassaa. Esimerkiksi hiilessä on yleensä 6 neutronia ja 6 protonia, joiden atomimassa on 12, mutta joskus sitä esiintyy atomimassalla 13 (6 protonia ja 7 neutronia). hiili kanssa atominumero 14 on myös olemassa, mutta se on harvinainen. Joten hiilen atomimassa on keskimäärin 12,011.

Kun atomeissa on eri määrä neutroneja, niitä kutsutaan isotoopeiksi. Tutkijat ovat löytäneet tapoja lisätä näitä hiukkasia ytimeen suurten isotooppien luomiseksi. Nyt neutronien lisääminen ei vaikuta atomin varaukseen, koska niillä ei ole varausta. Ne kuitenkin lisäävät atomin radioaktiivisuutta. Tämä voi johtaa erittäin epävakaisiin atomeihin, jotka voivat purkaa korkeat tasot energiaa.

Mikä on ydin?

Kemiassa ydin on atomin positiivisesti varautunut keskus, joka koostuu protoneista ja neutroneista. Sana "ydin" tulee latinan sanasta ydin, joka on muoto sanasta, joka tarkoittaa "pähkinä" tai "ydin". Michael Faraday keksi termin vuonna 1844 kuvaamaan atomin keskustaa. Tieteitä, jotka liittyvät ytimen tutkimukseen, sen koostumuksen ja ominaisuuksien tutkimiseen, kutsutaan ydinfysiikaksi ja ydinkemiaksi.

Protonit ja neutronit pitävät yhdessä vahva ydinvoima. Elektronit vetäytyvät ytimeen, mutta liikkuvat niin nopeasti, että niiden pyöriminen tapahtuu jonkin matkan päässä atomin keskustasta. Positiivinen ydinvaraus tulee protoneista, mutta mikä on neutroni? Se on hiukkanen, jolla ei ole sähkövarausta. Lähes koko atomin paino on ytimessä, koska protoneilla ja neutroneilla on paljon enemmän massaa kuin elektroneilla. Atomiytimen protonien määrä määrittää sen identiteetin alkuaineeksi. Neutronien lukumäärä kertoo, mikä alkuaineen isotooppi on atomi.

Atomiytimen koko

Ydin on paljon pienempi kuin atomin kokonaishalkaisija, koska elektronit voivat olla kauempana keskustasta. Vetyatomi on 145 000 kertaa suurempi kuin sen ydin ja uraaniatomi 23 000 kertaa suurempi kuin sen keskus. Vetyydin on pienin, koska se koostuu yhdestä protonista.

Protonien ja neutronien sijainti ytimessä

Protoni ja neutronit kuvataan yleensä pakattuina yhteen ja tasaisesti jakautuneina palloille. Tämä on kuitenkin yksinkertaistus varsinaisesta rakenteesta. Jokainen nukleoni (protoni tai neutroni) voi miehittää tietyn energiatason ja paikkojen alueen. Vaikka ydin voi olla pallomainen, se voi olla myös päärynän muotoinen, pallomainen tai kiekon muotoinen.

Protonien ja neutronien ytimet ovat baryoneja, jotka koostuvat pienimmistä, kvarkeista. Vetovoimalla on hyvin lyhyt kantama, joten protonien ja neutronien on oltava hyvin lähellä toisiaan, jotta ne voivat sitoutua. Tämä voimakas vetovoima voittaa varautuneiden protonien luonnollisen hylkimisen.

Protoni, neutroni ja elektroni

Voimakas sysäys sellaisen tieteen kuin ydinfysiikan kehitykselle oli neutronin löytäminen (1932). Kiitos tästä pitäisi olla englantilainen fyysikko, joka oli Rutherfordin opiskelija. Mikä on neutroni? Tämä on epästabiili hiukkanen, joka voi vapaassa tilassa vain 15 minuutissa hajota protoniksi, elektroniksi ja neutriinoksi, niin sanotuksi massattomaksi neutraaliksi hiukkaseksi.

Hiukkanen sai nimensä, koska sillä ei ole sähkövarausta, se on neutraali. Neutronit ovat erittäin tiheitä. Eristetyssä tilassa yhden neutronin massa on vain 1,67·10 - 27, ja jos otat teelusikallisen, joka on tiheästi täynnä neutroneja, tuloksena oleva ainepala painaa miljoonia tonneja.

Alkuaineen ytimessä olevien protonien lukumäärää kutsutaan atomiluvuksi. Tämä numero antaa jokaiselle elementille oman yksilöllisen identiteetin. Joidenkin alkuaineiden, kuten hiilen, atomeissa protonien määrä ytimissä on aina sama, mutta neutronien määrä voi vaihdella. Tietyn alkuaineen atomia, jonka ytimessä on tietty määrä neutroneja, kutsutaan isotoopiksi.

Ovatko yksittäiset neutronit vaarallisia?

Mikä on neutroni? Tämä on hiukkanen, joka protonin ohella sisältyy osaan. Joskus ne voivat kuitenkin esiintyä yksinään. Kun neutronit ovat atomiytimien ulkopuolella, ne saavat mahdollisesti vaarallisia ominaisuuksia. Kun he liikkuvat mukana suuri nopeus, ne tuottavat tappavaa säteilyä. Niin kutsutuilla neutronipommeilla, jotka tunnetaan kyvystään tappaa ihmisiä ja eläimiä, on minimaalinen vaikutus elottomiin fyysisiin rakenteisiin.

Neutronit ovat erittäin tärkeä osa atomia. korkea tiheys Näistä hiukkasista yhdistettynä niiden nopeuteen antaa niille poikkeuksellista tuhoavaa voimaa ja energiaa. Tämän seurauksena ne voivat muuttaa tai jopa repiä irti iskevien atomien ytimiä. Vaikka neutronilla on nettoneutraali sähkövaraus, se koostuu varautuneista komponenteista, jotka kumoavat toisensa varauksen suhteen.

Atomissa oleva neutroni on pieni hiukkanen. Kuten protonit, ne ovat liian pieniä nähdäkseen edes elektronimikroskoopilla, mutta ne ovat olemassa, koska se on ainoa tapa selittää atomien käyttäytymistä. Neutronit ovat erittäin tärkeitä atomin stabiiliudelle, mutta sen atomikeskuksen ulkopuolella ne eivät voi olla olemassa pitkään ja hajoavat keskimäärin vain 885 sekunnissa (noin 15 minuutissa).

NEUTRONI(n) (lat. neutraali - ei toinen eikä toinen) - alkeishiukkanen, jolla on nolla sähköä. varaus ja massa, hieman suurempi kuin protonin massa. Yhdessä protonin kanssa yleisnimellä. Nukleoni on osa atomiytimiä. H:lla on spin 1/2 ja siksi tottelee Fermi - Diracin tilastot(on fermion). kuuluu perheeseen adra-nov; on baryoninumero B= 1, eli mukana ryhmässä baryoneja.

Sen löysi vuonna 1932 J. Chadwick, joka osoitti, että berylliumytimien a-hiukkasten pommituksesta aiheutuva kova tunkeutuva säteily koostuu sähköisesti neutraaleista hiukkasista, joiden massa on suunnilleen protonin massa. Vuonna 1932 D. D. Ivanenko ja W. Heisenberg esittivät hypoteesin, että atomiytimet koostuvat protoneista ja H. Toisin kuin varaus. hiukkasia, H. tunkeutuu helposti ytimiin millä tahansa energialla ja suurella todennäköisyydellä aiheuttaa ydinreaktiot sieppaa (n,g), (n,a), (n, p), jos reaktion energiatase on positiivinen. Eksotermisen todennäköisyys kasvaa hidastuessa H. kääntäen verrannollinen. hänen nopeuttaan. E. Fermi (E. Fermi) ja kollegat havaitsivat vuonna 1934, että H.:n sieppausreaktioiden todennäköisyys kasvaa, kun ne hidastuvat vetyä sisältävässä väliaineessa. löysi O. Gan (O. Hahn) ja F. Strassmann (F. Strassman) vuonna 1938 (ks. ydinfissio), toimi perustana luomiselle ydinaseet Ja . Hitaiden neutronien vuorovaikutuksen erikoisuus aineen kanssa, joiden de Broglie-aallonpituus on atomietäisyyksien luokkaa (resonanssivaikutukset, diffraktio jne.), toimii perustana neutronisäteiden laajalle käytölle kiinteän olomuodon fysiikassa. (H:n luokitus energian mukaan - nopea, hidas, lämpö, ​​kylmä, ultrakylmä - katso Art. neutronifysiikka.)

Vapaassa tilassa H. on epävakaa - se käy läpi B-hajoamisen; n p + e - + v e; sen elinikä t n = 898(14) s, elektronispektrin rajaenergia on 782 keV (ks. neutronien beeta-hajoaminen). Sitoutuneessa tilassa, osana stabiileja ytimiä, H. on stabiili (kokeellisten arvioiden mukaan sen elinikä ylittää 10 32 vuotta). Asterin mukaan. On arvioitu, että 15 % maailmankaikkeuden näkyvästä aineesta edustaa H.:tä, joka on osa 4 He-ytimiä. H. on tärkein. komponentti neutronitähdet. Vapaat H. luonnossa muodostuvat ydinreaktiot radioaktiivisen hajoamisen a-hiukkasten aiheuttama, kosmiset säteet ja raskaiden ytimien spontaanin tai pakkofission seurauksena. Arts. H:n lähteet ovat ydinreaktoreita, ydinräjähdyksiä, protonien (vrt. energia) ja elektronien kiihdyttimiä, joissa on raskaista alkuaineista valmistettuja kohteita. 14 MeV:n energian monokromaattisten säteiden H. lähteet ovat matalaenergiaisia. deuteron-kiihdyttimet, joissa on tritium- tai litiumkohde, ja tulevaisuudessa CTS:n lämpöydinlaitokset voivat osoittautua tällaisten H:n voimakkaiksi lähteiksi. (cm. .)

Tärkeimmät ominaisuudet H.

Paino h. t p = 939,5731(27) MeV/c2 = = 1,008664967(34) at. yksiköitä massat 1,675. 10 -24 g. Ero H:n ja protonin massojen välillä mitattiin max. tarkkuus energisestä. H. sieppausreaktion tasapaino protonilla: n + p d + g (g-kvanttienergia = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Sähkövaraus H. K n = 0. Tarkimmat suorat mittaukset K n suoritetaan taivuttamalla kylmän tai ultrakylmän H. säteet sähköstaattisessa tilassa. ala: K n<= 3·10 -21 hänen on elektronin varaus). Cosv. sähköiset tiedot. makroskooppinen neutraalisuus. kaasun määrä antaa Qn<= 2 10 -22 e.

Pyöritä H. J= 1/2 määritettiin suorista kokeista säteen jakamisesta H. epähomogeenisessa magneettikentässä. kenttä kahdeksi komponentiksi [yleisessä tapauksessa komponenttien lukumäärä on (2 J + 1)].

Johdonmukainen kuvaus hadronien rakenteesta perustuu moderniin. vahva vuorovaikutusteoria - kvanttikromodynamiikka- kun taas täyttää teoreettiset. vaikeuksia kuitenkin monille tehtävät ovat varsin tyydyttäviä. tulokset antavat kuvauksen alkuaineesineinä esitettyjen nukleonien vuorovaikutuksesta mesonien vaihdon kautta. Koe. tilojen tutkiminen. rakenne H. suoritetaan sirottamalla suurienergisiä leptonien (elektroneja, myoneja, neutriinoja, joita nykyteoriassa pidetään pistehiukkasina) deuteroneille. Protonin sironnan vaikutus mitataan syvyydessä. kokeilu ja se voidaan vähentää käyttämällä def. laskea. menettelyt.

Elektronien elastinen ja kvasielastinen (deuteronin halkeamisen kanssa) sironta deuteronilla mahdollistaa sähkötiheyden jakauman löytämisen. lataus ja magneetti. hetki H. ( muotoseikka H.). Kokeen mukaan magneettisen tiheyden jakautuminen. hetki H. usean kertaluvun tarkkuudella. prosenttia osuu yhteen sähkötiheyden jakauman kanssa. protonivaraus ja sen RMS-säde on ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. muototekijä H. on varsin hyvin kuvattu ns. dipoli f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2 , missä q 2 on siirretyn liikemäärän neliö yksiköissä (GeV/c) 2 .

Monimutkaisempi on kysymys sähkön suuruudesta. (lataus) muotokerroin H. G E n. Deuteronin sironnan kokeista voidaan päätellä, että G E n ( q 2 ) <= 0,1 siirrettyjen impulssien neliövälissä (0-1) (GeV/c) 2 . klo q 2 0 nollasähkön takia. syyttää H. G E n- > 0, mutta kokeellisesti se on mahdollista määrittää DG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2 = 0. Tämä arvo on max. tarkalleen mittojen perusteella löydetty sironnan pituus H. raskaiden atomien elektronikuorella. Main osan tästä vuorovaikutuksesta määrää magneetti. hetki H. Max. tarkat kokeet antavat ne-sirontapituuden A ne = -1,378(18). 10 -16 cm, mikä eroaa lasketusta, magn. hetki H: a ne \u003d -1,468. 10 -16 cm. Näiden arvojen ero antaa sähkön neliökeskiarvon. säde H.<r 2 E n >= = 0,088(12) Fili DG E n ( q 2)/dq 2 | q 2 \u003d 0 \u003d -0,02 F 2. Näitä lukuja ei voida pitää lopullisina datan suuren hajonnan vuoksi. kokeita, jotka ylittävät annetut virheet.

H.:n vuorovaikutuksen piirre useimpien ytimien kanssa on positiivinen. sirontapituus, joka johtaa kertoimeen. taittuminen< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. neutronioptiikka).

H. ja heikko (electroweak) vuorovaikutus. Tärkeä tietolähde sähköheikosta vuorovaikutuksesta on vapaan H:n b-hajoaminen. Kvarkkitasolla tämä prosessi vastaa siirtymää. Käänteinen prosessi elektronin vuorovaikutuksessa protonin kanssa, ns. käänteinen b-hajoaminen. Tämä prosessiluokka sisältää elektroninen talteenotto, joka tapahtuu ytimissä, re - n v e.

Vapaan H:n hajoaminen ottaen huomioon kinematiikka. parametrit kuvataan kahdella vakiolla - vektori GV, mikä johtuu vektorivirran säilyminen yleismaailmallinen heikko vuorovaikutusvakio ja aksiaalinen vektori G A, jonka arvon määrää nukleonien vahvasti vuorovaikutuksessa olevien komponenttien - kvarkkien ja gluonien - dynamiikka. Alkuperäisen H:n ja lopullisen protonin aaltofunktiot ja siirtymämatriisielementin n p isotoopista johtuvat. invarianssit lasketaan melko tarkasti. Tuloksena vakioiden laskeminen GV Ja G A vapaan H.:n hajoamisesta (toisin kuin ytimien b-hajoamisesta) ei liity ydinrakenteellisten tekijöiden huomioimiseen.

H.:n elinikä ilman korjauksia on: t n = k(G 2 V+ 3G 2 A) -1 , missä k sisältää kinemaattisen. tekijät ja Coulombin korjaukset riippuen b-hajoamisen rajaenergiasta ja säteilykorjaukset.

Polarisaattorien hajoamisen todennäköisyys. H. spin S , elektronin energiat ja momentti ja antineutrino ja R e, kuvataan yleensä lausekkeella:

Coef. korrelaatiot a, A, B, D voidaan esittää parametrin funktiona a = (G A/GV,)exp( i f). Vaihe f ei ole nolla tai p jos T- invarianssi on rikki. Taulukossa. kokeita annetaan. näiden kertoimien arvot. ja tuloksena olevat arvot a ja f.

Tietojen välillä on huomattava ero kokeet t n :lle saavuttaen useita. prosenttia.

H:n sähköheikon vuorovaikutuksen kuvaus korkeammilla energioilla on paljon vaikeampaa, koska on otettava huomioon nukleonien rakenne. Esimerkiksi m - sieppaus, m - p n v m kuvataan vähintään kaksinkertaisella vakiomäärällä. H. kokee myös sähköheikon vuorovaikutuksen muiden hadronien kanssa ilman leptonien osallistumista. Nämä prosessit sisältävät seuraavat.

1) Hyperonien hajoamiset L np 0, S + np +, S - np - jne. Näiden hajoamisen vähentynyt todennäköisyys useissa kertaa pienempi kuin vieraiden hiukkasten kohdalla, mikä kuvataan ottamalla käyttöön Cabibbo-kulma (katso kuva 1). Cabibbo-kulma).

2) Heikko vuorovaikutus n - n tai n - p, joka ilmenee ydinvoimina, jotka eivät säilytä tiloja. pariteetti.Niiden aiheuttamien vaikutusten tavallinen suuruusluokka on luokkaa 10 -6 -10 -7 .

H.:n vuorovaikutuksessa keskisuurten ja raskaiden ytimien kanssa on useita piirteitä, mikä johtaa joissakin tapauksissa merkittävään tehostamalla vaikutuksia pariteetin säilyminen ytimissä. Yksi näistä vaikutuksista liittyy toisiinsa. ero H. c:n absorptiopoikkileikkauksen välillä etenemissuunnassa ja sitä vastaan, joka 139 La -ytimen tapauksessa on 7 % jännitteellä \u003d 1,33 eV, vastaa R- aallon neutroniresonanssi. Syynä vahvistukseen on alhaisen energian yhdistelmä. yhdisteytimen tilojen leveys ja vastakkaisen pariteetin tasojen suuri tiheys tässä yhdisteytimessä, mikä saa aikaan 2–3 suuruusluokkaa suuremman eri pariteetin komponenttien sekoittumisen kuin ytimien matalalla sijaitsevissa tiloissa. Seurauksena on useita vaikutuksia: g-kvanttien emission epäsymmetria suhteessa siepattujen polarisaattorien spiniin. H. reaktiossa (n, g), varausemission epäsymmetria. hiukkaset yhdistetilojen hajoamisen aikana reaktiossa (n, p) tai kevyen (tai raskaan) fissiofragmentin emission epäsymmetria reaktiossa (n, p) f). Epäsymmetrioilla on arvo 10 -4 -10 -3 lämpöenergialla H. In R-aallon neutroniresonanssit toteutetaan lisäksi. tehostus, joka liittyy tämän yhdistetilan pariteettia säilyttävän komponentin muodostumisen todennäköisyyden vaimenemiseen (pienen neutronin leveyden vuoksi R-resonanssi) suhteessa epäpuhtauskomponenttiin, jolla on vastakkainen pariteetti, joka on s-resonanssi-monni. Se on useiden yhdistelmä Vahvistuskerroin mahdollistaa erittäin heikon vaikutuksen ilmentymisen ydinvuorovaikutukselle ominaisella arvolla.

Baryonlukua rikkovat vuorovaikutukset. Teoreettinen mallit suuri yhdistäminen Ja superliittoja ennustaa baryonien epävakautta - niiden hajoamista leptoneiksi ja mesoneiksi. Nämä hajoamiset voivat olla havaittavissa vain kevyimmille baryoneille - p ja n, jotka ovat osa atomiytimiä. Vuorovaikutukselle, jossa baryoniluku muuttuu 1:llä, D B= 1, olisi odotettavissa muunnos H. tyyppi: n e + p - tai muunnos outojen mesonien emission kanssa. Tällaisten prosessien etsiminen suoritettiin kokeissa käyttämällä maanalaisia ​​ilmaisimia, joiden massa oli useita. tuhat tonnia. Näiden kokeiden perusteella voidaan päätellä, että H.:n vaimenemisaika baryonilukua rikkoen on yli 10 32 vuotta.

DR. mahdollinen vuorovaikutus D:n kanssa SISÄÄN= 2 voi johtaa interkonversion ilmiöön H. ja antineutroneja tyhjiössä eli värähtelemään . Ulkoisen puuttuessa H:n ja antineutronin tilat ovat degeneroituneita, koska niiden massat ovat samat, joten jopa superheikko vuorovaikutus voi sekoittaa niitä. Ext:n pienuuden kriteeri kentät on magneetin vuorovaikutusenergian pienuus. hetki H. magn. kentässä (n:n ja n ~:n magneettiset momentit ovat vastakkaisia) verrattuna ajan määräämään energiaan T havainnot H. (epävarmuussuhteen mukaan), D<=hT-1. Havaittaessa antineutronien tuotantoa H.-säteessä reaktorista tai muusta lähteestä T on lentoaika H. ilmaisimeen. Antineutronien määrä säteessä kasvaa neliöllisesti lennon aikana: /N n ~ ~ (T/t osc) 2 , missä t osc - värähtelyaika.

Suorat kokeet havainnoimaan korkean vuoreaktorin kylmien H.-säteiden tuotantoa ja niissä esiintymistä antavat rajan t osc > 10 7 s. Tulevissa kokeissa voimme odottaa herkkyyden lisääntymistä tasolle t osc ~ 10 9 s. Rajoittavat olosuhteet ovat max. säteiden intensiteetti H. ja antineutronien ilmiöiden jäljitelmä ilmaisimen kosmich. säteet.

DR. värähtelyjen havainnointimenetelmä on stabiileihin ytimiin muodostuvien antineutronien tuhoutumisen havainnointi. Tässä tapauksessa johtuen ytimessä nousevan antineutronin vuorovaikutusenergioiden suuresta erosta sitoutumisenergiasta H. eff. havaintoaika tulee ~ 10 -22 s, mutta havaittujen ytimien suuri määrä (~10 32) osittain kompensoi herkkyyden heikkenemistä verrattuna H-säteillä suoritettuun kokeeseen jonkin verran epävarmuutta, riippuen tietämättömyydestä vuorovaikutuksen tarkasta tyypistä ytimen sisällä olevan antineutronin, että t osc > (1-3) . 10 7 p. Oliot. t osc:n rajan nostamista näissä kokeissa estää tilan vuorovaikutuksen aiheuttama tausta. neutriinot, joissa on ytimiä maanalaisissa ilmaisimissa.

On huomattava, että nukleonihajoamisen etsiminen D:n kanssa B= 1 ja -värähtelyjen haku ovat itsenäisiä kokeita, koska ne johtuvat olennaisesti erilaisista. vuorovaikutuksen tyyppejä.

Gravitaatiovuorovaikutus H. Neutroni on yksi harvoista alkuainehiukkasista, jotka putoavat gravitaatiokenttään. Maan kenttää voidaan tarkkailla kokeellisesti. H.:n suora mittaus suoritetaan 0,3 %:n tarkkuudella, eikä se eroa makroskooppisesta. Kysymys noudattamisesta on edelleen olemassa vastaavuusperiaate(inertia- ja gravitaatiomassojen yhtälöt) H:lle ja protoneille.

Tarkimmat kokeet suoritettiin Et-vesh-menetelmällä kappaleille, joilla oli erilaisia ​​vrt. suhteet arvot A/Z, Missä A- klo. määrä, Z- ytimien varaus (alkuainevarauksen yksiköissä e). Näistä kokeista seuraa sama vapaan pudotuksen kiihtyvyys H:lle ja protoneille tasolla 2·10 -9 ja painovoiman yhtäläisyys. ja inertiamassa tasolla ~10 -12 .

Painovoima kiihtyvyyttä ja hidastuvuutta käytetään laajalti kokeissa ultrakylmällä H:lla. Painovoiman käyttö refraktometri kylmälle ja ultrakylmälle H.:lle mahdollistaa suuren tarkkuuden mittaamisen aineen koherentin sironnan pituuden.

H. kosmologiassa ja astrofysiikassa

Nykyajan mukaan esitykset kuuman maailmankaikkeuden mallissa (katso. kuuman universumin teoria) baryonien, mukaan lukien protonit ja H., muodostuminen tapahtuu maailmankaikkeuden elämän ensimmäisten minuuttien aikana. Tulevaisuudessa protonit vangitsevat tietyn osan H.:sta, jolla ei ollut aikaa hajota, jolloin muodostuu 4 He. Vedyn ja 4 He:n suhde on tässä tapauksessa 70-30 painoprosenttia. Tähtien muodostumisen ja niiden evoluution aikana edelleen nukleosynteesi rautaytimiin asti. Raskaampien ytimien muodostuminen tapahtuu supernovaräjähdyksen seurauksena neutronitähtien syntyessä, mikä luo mahdollisuuden peräkkäisyyteen. H. sieppaus nuklideilla. Samaan aikaan yhdistelmä ns. s-prosessi - hidas H.:n sieppaus, jossa b-hajoaminen peräkkäisten sieppausten ja kaappausten välillä r-prosessi - nopea seuranta. vangita tähtien räjähdyksen aikana. voi selittää havaitun elementtien runsaus avaruudessa esineitä.

Kosmisen ensisijaisessa komponentissa H.-säteet puuttuvat todennäköisesti niiden epävakauden vuoksi. H., muodostui lähellä Maan pintaa levittäen avaruuteen. avaruus ja sen hajoaminen vaikuttavat ilmeisesti elektronisten ja protonikomponenttien muodostumiseen säteilyvyöt Maapallo.

Lit.: Gurevich I. S., Tarasov L. V., Physics of Low Energy Neutrons, M., 1965; Aleksandrov Yu.A.,. Neutronin perusominaisuudet, 2. painos, M., 1982.

Atomi on kemiallisen alkuaineen pienin hiukkanen, joka säilyttää kaikki kemialliset ominaisuutensa. Atomi koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja negatiivisesti varautuneista elektroneista. Minkä tahansa kemiallisen alkuaineen ytimen varaus on yhtä suuri kuin Z:n tulo e:llä, missä Z on tämän alkuaineen sarjanumero kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä, e on alkusähkövarauksen arvo.

Elektroni- tämä on aineen pienin hiukkanen, jolla on negatiivinen sähkövaraus e=1,6·10 -19 coulombia perussähkövarauksena. Ytimen ympäri pyörivät elektronit sijaitsevat elektronikuorilla K, L, M jne. K on ydintä lähinnä oleva kuori. Atomin koon määrää sen elektronikuoren koko. Atomi voi menettää elektroneja ja tulla positiiviseksi ioniksi tai saada elektroneja ja tulla negatiiviseksi ioniksi. Ionin varaus määrittää kadonneiden tai saatujen elektronien määrän. Prosessia, jossa neutraali atomi muutetaan varautuneeksi ioniksi, kutsutaan ionisaatioksi.

atomiydin(atomin keskiosa) koostuu alkuaineydinhiukkasista - protoneista ja neutroneista. Ytimen säde on noin satatuhatta kertaa pienempi kuin atomin säde. Atomiytimen tiheys on erittäin korkea. Protonit- Nämä ovat pysyviä alkuainehiukkasia, joilla on yksikköpositiivinen sähkövaraus ja massa 1836 kertaa suurempi kuin elektronin massa. Protoni on kevyimmän alkuaineen, vedyn, ydin. Protonien lukumäärä ytimessä on Z. Neutron on neutraali (ei sähkövarausta) alkuainehiukkanen, jonka massa on hyvin lähellä protonin massaa. Koska ytimen massa on protonien ja neutronien massojen summa, atomin ytimessä olevien neutronien lukumäärä on A - Z, missä A on tietyn isotoopin massaluku (katso). Protoneja ja neutroneja, jotka muodostavat ytimen, kutsutaan nukleoneiksi. Ytimessä nukleoneja sitovat erityiset ydinvoimat.

Atomiytimessä on valtava energiavarasto, joka vapautuu ydinreaktioiden aikana. Ydinreaktiot tapahtuvat, kun atomiytimet ovat vuorovaikutuksessa alkuainehiukkasten tai muiden alkuaineiden ytimien kanssa. Ydinreaktioiden seurauksena muodostuu uusia ytimiä. Esimerkiksi neutroni voi muuttua protoniksi. Tässä tapauksessa ytimestä irtoaa beetahiukkanen eli elektroni.

Protonin ytimessä tapahtuva siirtyminen neutroniksi voidaan suorittaa kahdella tavalla: joko hiukkanen, jonka massa on yhtä suuri kuin elektronin massa, mutta jolla on positiivinen varaus, jota kutsutaan positroniksi (positronin hajoaminen) ydin tai ydin vangitsee yhden lähimmästä K-kuoresta olevista elektroneista (K-kaappaus).

Joskus muodostuneessa ytimessä on ylimääräistä energiaa (se on virittyneessä tilassa) ja siirtyessään normaalitilaan vapauttaa ylimääräistä energiaa sähkömagneettisen säteilyn muodossa, jolla on erittäin lyhyt aallonpituus. Ydinreaktioiden aikana vapautuvaa energiaa käytetään käytännössä eri teollisuudenaloilla.

Atomi (kreikaksi atomos - jakamaton) on kemiallisen alkuaineen pienin hiukkanen, jolla on sen kemialliset ominaisuudet. Jokainen alkuaine koostuu tietyntyyppisistä atomeista. Atomin rakenne sisältää positiivisen sähkövarauksen sisältävän ytimen ja negatiivisesti varautuneita elektroneja (katso), jotka muodostavat sen elektronikuoret. Ytimen sähkövarauksen arvo on yhtä suuri kuin Z-e, missä e on alkeissähkövaraus, joka on suuruudeltaan yhtä suuri kuin elektronin varaus (4,8 10 -10 e.-st. yksikköä) ja Z on atomiluku tämän alkuaineen jaksollisessa kemiallisten alkuaineiden järjestelmässä (katso .). Koska ionisoimaton atomi on neutraali, siihen sisältyvien elektronien lukumäärä on myös Z. Ytimen (katso Atomiydin) koostumus sisältää nukleoneja, alkuainehiukkasia, joiden massa on noin 1840 kertaa suurempi kuin atomin massa. elektroni (vastaa 9,1 10 - 28 g), protonit (katso), positiivisesti varautuneita ja varautumattomia neutroneja (katso). Ytimen nukleonien lukumäärää kutsutaan massaluvuksi ja sitä merkitään kirjaimella A. Protonien lukumäärä ytimessä, joka on yhtä suuri kuin Z, määrittää atomiin tulevien elektronien määrän, elektronikuorten rakenteen ja kemikaalin atomin ominaisuudet. Neutronien lukumäärä ytimessä on A-Z. Isotooppeja kutsutaan saman alkuaineen lajikkeiksi, joiden atomit eroavat toisistaan ​​massaluvultaan A, mutta niillä on sama Z. Siten yhden alkuaineen eri isotooppien atomien ytimissä on eri määrä neutroneja, joilla on sama määrä protoneja. Isotooppeja määritettäessä alkuainesymbolin yläosaan kirjoitetaan massaluku A ja alaosaan atominumero; Esimerkiksi hapen isotoopit on merkitty:

Atomin mitat määräytyvät elektronikuorten mittojen mukaan ja kaikilla Z on noin 10 -8 cm. Koska atomin kaikkien elektronien massa on useita tuhansia kertoja pienempi kuin ytimen massa, atomi on verrannollinen massanumeroon. Tietyn isotoopin atomin suhteellinen massa määritetään suhteessa hiili-isotoopin C 12 atomin massaan 12 yksikkönä, ja sitä kutsutaan isotooppimassaksi. Se on lähellä vastaavan isotoopin massalukua. Kemiallisen alkuaineen atomin suhteellinen paino on isotoopin painon keskiarvo (ottaen huomioon tietyn alkuaineen isotooppien suhteellinen runsaus) ja sitä kutsutaan atomipainoksi (massaksi).

Atomi on mikroskooppinen järjestelmä, jonka rakennetta ja ominaisuuksia voidaan selittää vain pääasiassa 1900-luvun 20-luvulla luodun kvanttiteorian avulla, joka on tarkoitettu kuvaamaan ilmiöitä atomimittakaavassa. Kokeet ovat osoittaneet, että mikrohiukkasilla - elektroneilla, protoneilla, atomeilla jne. - on korpuskulaaristen hiukkasten lisäksi aalto-ominaisuuksia, jotka ilmenevät diffraktiossa ja interferenssissä. Kvanttiteoriassa mikroobjektien tilan kuvaamiseen käytetään tiettyä aaltokenttää, jolle on tunnusomaista aaltofunktio (Ψ-funktio). Tämä funktio määrittää mikroobjektin mahdollisten tilojen todennäköisyydet, eli se luonnehtii mahdollisia mahdollisuuksia sen yhden tai toisen ominaisuuden ilmentymiselle. Funktion Ψ variaatiolaki tilassa ja ajassa (Schrödingerin yhtälö), joka mahdollistaa tämän funktion löytämisen, näyttelee kvanttiteoriassa samaa roolia kuin Newtonin liikelailla klassisessa mekaniikassa. Schrödingerin yhtälön ratkaisu johtaa monissa tapauksissa järjestelmän diskreeteihin mahdollisiin tiloihin. Joten esimerkiksi atomin tapauksessa saadaan sarja aaltofunktioita elektroneille, jotka vastaavat erilaisia ​​(kvantisoituja) energia-arvoja. Kvanttiteorian menetelmillä laskettu atomin energiatasojärjestelmä on saanut loistavan vahvistuksen spektroskopiassa. Atomin siirtyminen alinta energiatasoa E 0 vastaavasta perustilasta mihin tahansa virittyneeseen tilaan E i tapahtuu, kun tietty osa energiasta E i - E 0 absorboituu. Virittynyt atomi menee vähemmän virittyneeseen tai perustilaan, yleensä fotonin emission kanssa. Tässä tapauksessa fotonienergia hv on yhtä suuri kuin atomin energioiden välinen ero kahdessa tilassa: hv= E i - E k missä h on Planckin vakio (6,62·10 -27 erg·s), v on taajuus. valosta.

Atomispektrien lisäksi kvanttiteoria on mahdollistanut muiden atomien ominaisuuksien selittämisen. Erityisesti selitettiin valenssia, kemiallisen sidoksen luonnetta ja molekyylien rakennetta sekä luotiin teoria alkuaineiden jaksollisesta järjestelmästä.