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

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

Descoperirea neutronului

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

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

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

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

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

Surse:

• Descoperirea protonului și neutronului

Foarte des, în diferite situații, oamenii aud cuvântul proton, precum și nucleu, neutron, electron. Elevii și chiar adulții nu știu întotdeauna de unde provine acest nume și când lumea a aflat despre astfel de elemente.

A trecut un numar mare de cu mult timp înainte ca oamenii de știință să fi fost de acord că toate substanțele sunt făcute din molecule. De-a lungul timpului, au reușit chiar să stabilească că au conținut atomi. Apoi a apărut întrebarea din ce este făcut un atom. Un atom conține un nucleu și un număr de electroni care orbitează în jurul nucleului.

Nucleul unui atom de hidrogen

Rutherford, care a fost unul dintre descoperitorii acestei ramuri a fizicii și a lucrat toată viața la dezvoltarea acestei direcții, a presupus că nucleul oricărui element chimic conține un nucleu de hidrogen, lucru pe care l-a putut confirma prin experimente.

Aceste experimente au necesitat o pregătire semnificativă, iar în timpul experimentelor, omul de știință și studenții săi și-au sacrificat adesea sănătatea. Experimentul s-a desfășurat în acest fel: cu ajutorul alfa, au fost bombardați atomi de azot. Ca rezultat, diferite particule au fost eliminate din nucleele atomilor de azot, care au fost înregistrate pe un film sensibil la lumină. Din cauza strălucirii slabe, Rutherford a fost nevoit să stea opt ore într-o cameră fără lumină, pentru ca ochii săi să poată înregistra mai bine urmele de lumină.

Datorită acestor experimente, Rutherford a reușit să stabilească din urmele de eliminare că într-un atom al oricărei substanțe există tocmai atomi de hidrogen și oxigen.

Proton

Particula de proton Rutherford în 1919, în timpul unui experiment care a demonstrat prezența unui nucleu de atom de hidrogen în orice element chimic. Un proton este în esență un electron, dar cu semn pozitiv, echilibrează numărul de electroni, într-o astfel de situație atomul fiind numit neutru sau neîncărcat.

Numele de proton provine de la „protos”, care este tradus din greacă ca primul. Inițial, au vrut să numească această particulă de la cuvânt grecesc„baros” care înseamnă greutate. Dar în cele din urmă s-a decis că „protonul” descrie mai bine toate calitățile acestui element. Este important să ne amintim că masa unui proton este de aproximativ 1840 de ori mai mare decât .

Neutroni

Neutronul este, de asemenea, unul dintre elementele unui atom. Acest element a fost descoperit de Chadwick după ce a efectuat o serie de bombardamente asupra nucleului unui atom. Cu un astfel de bombardament s-au eliberat elemente care nu au reacţionat în niciun fel la câmpul electric, motiv pentru care au fost numite până la urmă neutroni.

Universul, care uneori este numit spațiu, este format din galaxii, adică sisteme stelare. Astăzi există diverse ipoteze despre originea Universului, dar nu există un singur fapt dovedit științific. Toate aceste teorii se bazează pe ipotezele și calculele diverșilor oameni de știință.

Instrucțiuni

Fondatorul studiului Universului a fost astronomul polonez Nicolaus Copernic, care a scris o lucrare despre sistemul heliocentric, care afirma că Pământul face parte dintr-un sistem mare. În vremurile ulterioare, lucrările lui N. Copernic au fost îmbunătățite și completate de alți oameni de știință, dar polonezul a fost cel care a reușit să dea umanității cunostinte de baza despre ordinea mondială cosmică.

Cel mai cuprinzător și complet studiu al Universului a început abia în secolul al XX-lea. Acest lucru s-a datorat dezvoltării tehnologiei în știință. Pe acest moment se ştie că principalul element chimic, care face parte din Univers, este hidrogen. Volumul său reprezintă 75% din volumul total convențional, cu heliul pe locul doi, al cărui volum este de 23%. Restul este ocupat de impurități chimice minore. Ani lungi umanitatea observă dezvoltarea Universului pentru a înțelege motivele apariției sale.

→

Mulți oameni știu bine de la școală că toate substanțele constau din atomi. Atomii, la rândul lor, sunt formați din protoni și neutroni care formează nucleul atomilor și electronilor aflați la o anumită distanță de nucleu. Mulți au auzit, de asemenea, că lumina constă și din particule - fotoni. Cu toate acestea, lumea particulelor nu se limitează la asta. Până în prezent, sunt cunoscute peste 400 de particule elementare diferite. Să încercăm să înțelegem cum diferă particulele elementare unele de altele.

Există mulți parametri prin care particulele elementare pot fi distinse unele de altele:

• Greutate.
• Incarcare electrica.
• Durata de viață. Aproape toate particulele elementare au o durată de viață finită, după care se degradează.
• A învârti. Poate fi considerat, foarte aproximativ, ca un moment de rotatie.

Încă câțiva parametri, sau așa cum sunt numiți în mod obișnuit în știința numerelor cuantice. Acești parametri nu sunt întotdeauna clari sens fizic, dar sunt necesare pentru a distinge unele particule de altele. Toți acești parametri suplimentari sunt introduși ca niște cantități care se păstrează în interacțiune.

Aproape toate particulele au masă, cu excepția fotonilor și neutrinilor (conform ultimelor date, neutrinii au masă, dar atât de mică încât este adesea considerat zero). Fără masă, particulele pot exista doar în mișcare. Toate particulele au mase diferite. Electronul are cea mai mică masă, fără a număra neutrino. Particulele numite mezoni au o masă de 300-400 de ori mai mare decât masa unui electron, un proton și un neutron sunt de aproape 2000 de ori mai grele decât un electron. Au fost descoperite acum particule care sunt de aproape 100 de ori mai grele decât un proton. Masa (sau echivalentul său energetic conform formulei lui Einstein:

se păstrează în toate interacțiunile particulelor elementare.

Nu toate particulele au o sarcină electrică, ceea ce înseamnă că nu toate particulele sunt capabile să participe la interacțiunea electromagnetică. Toate particulele care există liber au o sarcină electrică care este un multiplu al sarcinii electronilor. Pe lângă particulele care există liber, există și particule care sunt doar într-o stare legată, vom vorbi despre ele puțin mai târziu.

Spinul, ca și alte numere cuantice, este diferit pentru diferite particule și le caracterizează unicitatea. Unele numere cuantice sunt conservate în unele interacțiuni, altele în altele. Toate aceste numere cuantice determină ce particule interacționează cu care și cum.

Durata vieții este, de asemenea, foarte caracteristică importantă particule și o vom analiza mai detaliat. Să începem cu o notă. După cum spuneam la începutul articolului, tot ceea ce ne înconjoară este format din atomi (electroni, protoni și neutroni) și lumină (fotoni). Atunci unde sunt alte sute? tipuri variate particule elementare. Răspunsul este simplu - peste tot în jurul nostru, dar nu-l observăm din două motive.

Prima dintre ele este că aproape toate celelalte particule trăiesc foarte scurt, aproximativ 10 până la minus 10 puterea de secunde sau mai puțin și, prin urmare, nu formează structuri precum atomii, rețele cristalineși așa mai departe. Al doilea motiv se referă la neutrini, deși aceste particule nu se degradează, ele sunt supuse doar interacțiunilor slabe și gravitaționale. Aceasta înseamnă că aceste particule interacționează atât de puțin încât sunt aproape imposibil de detectat.

Să vedem cât de bine interacționează o particulă. De exemplu, fluxul de electroni poate fi oprit destul de mult foaie subțire oțel, cam câțiva milimetri. Acest lucru se va întâmpla deoarece electronii vor începe imediat să interacționeze cu particulele tablei de oțel, își vor schimba brusc direcția, vor emite fotoni și, astfel, vor pierde energie destul de repede. Acesta nu este cazul fluxului de neutrini, ei pot trece aproape fără interacțiuni. Glob. Și, prin urmare, este foarte dificil să le detectezi.

Deci, majoritatea particulelor trăiesc foarte mult un timp scurt, după care se dezintegrează. Descompunerile particulelor sunt cele mai frecvente reacții. Ca rezultat al dezintegrarii, o particulă se descompune în alte câteva de masă mai mică, iar acestea, la rândul lor, se descompun în continuare. Toate decăderile se supun anumite reguli– legi de conservare. Deci, de exemplu, ca rezultat al dezintegrarii, sarcina electrică, masa, spinul și o serie de alte numere cuantice trebuie conservate. Unele numere cuantice se pot schimba în timpul decăderii, dar sunt supuse și anumitor reguli. Regulile de dezintegrare ne spun că electronul și protonul sunt particule stabile. Ei nu se mai pot descompune supuși regulilor decăderii și, prin urmare, ei sunt cei care pun capăt lanțurilor de decădere.

Aici aș vrea să spun câteva cuvinte despre neutron. De asemenea, un neutron liber se descompune într-un proton și un electron în aproximativ 15 minute. Totuși, acest lucru nu se întâmplă atunci când neutronul se află în nucleul atomic. Acest fapt poate fi explicat căi diferite. De exemplu, atunci când un electron și un proton suplimentar dintr-un neutron în descompunere apar în nucleul unui atom, are loc imediat o reacție inversă - unul dintre protoni absoarbe un electron și se transformă într-un neutron. Această imagine se numește echilibru dinamic. A fost observată în univers într-un stadiu incipient al dezvoltării sale, la scurt timp după Big Bang.

Pe lângă reacțiile de descompunere, există și reacții de împrăștiere - atunci când două sau mai multe particule interacționează simultan și, ca rezultat, se obțin una sau mai multe alte particule. Există și reacții de absorbție, când două sau mai multe particule produc una. Toate reacțiile apar ca urmare a interacțiunilor puternice, slabe sau electromagnetice. Reacțiile datorate interacțiunii puternice sunt cele mai rapide; timpul unei astfel de reacții poate ajunge la 10 minus 20 de secunde. Viteza reacțiilor care apar datorită interacțiunii electromagnetice este mai mică aici timpul poate fi de aproximativ 10 minus 8 secunde. Pentru reacții interacțiune slabă timpul poate ajunge la zeci de secunde și uneori la ani.

La sfârșitul poveștii despre particule, să vorbim despre quarci. Quarcii sunt particule elementare care au o sarcină electrică care este un multiplu al unei treimi din sarcina unui electron și care nu poate exista în stare liberă. Interacțiunea lor este aranjată în așa fel încât să poată trăi doar ca parte a ceva. De exemplu, o combinație de trei quarci de un anumit tip formează un proton. O altă combinație produce un neutron. Se cunosc un total de 6 quarci. Combinațiile lor diferite ne oferă particule diferite și, deși nu toate combinațiile de quarci sunt permise de legile fizice, există destul de multe particule formate din quarci.

Aici poate apărea întrebarea: cum poate fi numit un proton elementar dacă este format din quarci? Este foarte simplu - protonul este elementar, deoarece nu poate fi împărțit în părțile sale componente - quarci. Toate particulele care participă la interacțiunea puternică constau din quarci și, în același timp, sunt elementare.

Înțelegerea interacțiunilor particulelor elementare este foarte importantă pentru înțelegerea structurii universului. Tot ceea ce se întâmplă cu corpurile macro este rezultatul interacțiunii particulelor. Este interacțiunea particulelor care descrie creșterea copacilor pe pământ, reacțiile din interiorul stelelor, radiația de la stelele neutronice și multe altele.

Probabilități și mecanică cuantică

>

Ce este un neutron? Care sunt structura, proprietățile și funcțiile sale? Neutronii sunt cele mai mari dintre particulele care alcătuiesc atomii, elementele de bază ale întregii materii.

Structura atomica

Neutronii se găsesc în nucleu, o regiune densă a atomului plină de asemenea cu protoni (particule încărcate pozitiv). Aceste două elemente sunt ținute împreună de o forță numită nucleară. Neutronii au o sarcină neutră. Sarcina pozitivă a protonului se potrivește cu sarcina negativă a electronului pentru a crea un atom neutru. Chiar dacă neutronii din nucleu nu afectează sarcina atomului, ei au încă multe proprietăți care afectează atomul, inclusiv nivelul de radioactivitate.

Neutroni, izotopi și radioactivitate

O particulă care se află în nucleul unui atom este un neutron care este cu 0,2% mai mare decât un proton. Împreună, ele reprezintă 99,99% din masa totală a aceluiași element și pot avea un număr diferit de neutroni. Când oamenii de știință se referă la masa atomică, ei înseamnă masa atomică medie. De exemplu, carbonul are de obicei 6 neutroni și 6 protoni cu o masă atomică de 12, dar uneori se găsește cu o masă atomică de 13 (6 protoni și 7 neutroni). Carbon s numar atomic 14 există și el, dar este rar. Deci masa atomică a carbonului ajunge la 12.011.

Când atomii au un număr diferit de neutroni, ei se numesc izotopi. Oamenii de știință au găsit modalități de a adăuga aceste particule în nucleu pentru a crea izotopi mai mari. Acum adăugarea de neutroni nu afectează sarcina atomului, deoarece aceștia nu au nicio sarcină. Cu toate acestea, ele cresc radioactivitatea atomului. Acest lucru poate duce la atomi foarte instabili care se pot descărca niveluri înalte energie.

Care este nucleul?

În chimie, nucleul este centrul încărcat pozitiv al unui atom, care este format din protoni și neutroni. Cuvântul „sâmbure” provine din latinescul nucleus, care este o formă a cuvântului care înseamnă „nucă” sau „sâmbure”. Termenul a fost inventat în 1844 de Michael Faraday pentru a descrie centrul unui atom. Științele implicate în studiul nucleului, studiul compoziției și caracteristicilor acestuia, se numesc fizică nucleară și chimie nucleară.

Protonii și neutronii sunt ținuți împreună de forța nucleară puternică. Electronii sunt atrași de nucleu, dar se mișcă atât de repede încât rotația lor are loc la o anumită distanță de centrul atomului. Sarcina nucleară cu semnul plus provine de la protoni, dar ce este un neutron? Aceasta este o particulă care nu are sarcină electrică. Aproape toată greutatea unui atom este conținută în nucleu, deoarece protonii și neutronii au mult mai multă masă decât electronii. Numărul de protoni dintr-un nucleu atomic determină identitatea acestuia ca element. Numărul de neutroni indică ce izotop al elementului este atomul.

Dimensiunea nucleului atomic

Nucleul este mult mai mic decât diametrul total al atomului, deoarece electronii pot fi mai departe de centru. Un atom de hidrogen este de 145.000 de ori mai mare decât nucleul său, iar un atom de uraniu este de 23.000 de ori mai mare decât centrul său. Nucleul de hidrogen este cel mai mic deoarece este format dintr-un singur proton.

Dispunerea protonilor și neutronilor în nucleu

Protonii și neutronii sunt de obicei reprezentați ca fiind împachetate împreună și distribuite uniform în sfere. Cu toate acestea, aceasta este o simplificare a structurii actuale. Fiecare nucleon (proton sau neutron) poate ocupa un anumit nivel de energie și o gamă de locații. În timp ce nucleul poate fi sferic, poate fi, de asemenea, în formă de para, sferic sau în formă de disc.

Nucleele de protoni și neutroni sunt barioni, formați din cei mai mici numiti quarci. Forța de atracție are o rază foarte scurtă, astfel încât protonii și neutronii trebuie să fie foarte aproape unul de celălalt pentru a fi legați. Această atracție puternică învinge repulsia naturală a protonilor încărcați.

Proton, neutron și electron

Un impuls puternic în dezvoltarea unei astfel de științe precum fizica nucleară a fost descoperirea neutronului (1932). Ar trebui să-i mulțumim pentru asta fizicianului englez care a fost student al lui Rutherford. Ce este un neutron? Aceasta este o particulă instabilă care, în stare liberă, se poate degrada într-un proton, electron și neutrin, așa-numita particulă neutră fără masă, în doar 15 minute.

Particula își primește numele pentru că nu are sarcină electrică, este neutră. Neutronii sunt extrem de densi. Într-o stare izolată, un neutron va avea o masă de doar 1,67·10 - 27, iar dacă luați o linguriță plină dens cu neutroni, bucata de materie rezultată va cântări milioane de tone.

Numărul de protoni din nucleul unui element se numește număr atomic. Acest număr conferă fiecărui element identitatea sa unică. În atomii unor elemente, cum ar fi carbonul, numărul de protoni din nuclee este întotdeauna același, dar numărul de neutroni poate varia. Un atom al unui element dat cu un anumit număr de neutroni în nucleu se numește izotop.

Sunt neutronii unici periculoși?

Ce este un neutron? Aceasta este o particulă care, împreună cu protonul, este inclusă în Cu toate acestea, uneori pot exista singure. Când neutronii se află în afara nucleelor ​​atomilor, aceștia dobândesc proprietăți potențial periculoase. Când se mută cu de mare viteză, ele produc radiații mortale. Așa-numitele bombe cu neutroni, cunoscute pentru capacitatea lor de a ucide oameni și animale, au totuși un efect minim asupra structurilor fizice nevii.

Neutronii sunt o parte foarte importantă a atomului. Densitate mare Aceste particule combinate cu viteza lor le conferă putere și energie distructivă extremă. Drept urmare, ei pot altera sau chiar rupe nucleele atomilor pe care îi lovesc. Deși un neutron are o sarcină electrică neutră netă, este compus din componente încărcate care se anulează reciproc în ceea ce privește sarcina.

Un neutron dintr-un atom este o particulă minusculă. La fel ca protonii, ei sunt prea mici pentru a fi văzuți chiar și cu un microscop electronic, dar sunt acolo pentru că doar așa se explică comportamentul atomilor. Neutronii sunt foarte importanți pentru stabilitatea unui atom, dar în afara centrului său atomic ei nu pot exista mult timp și se descompun în medie în doar 885 de secunde (aproximativ 15 minute).

NEUTRONI(n) (din latină neuter - nici una, nici alta) - o particulă elementară cu putere electrică zero. sarcină și masă, puțin mai mari decât masa protonului. Alături de protonul sub denumirea generală. Nucleonul face parte din nucleele atomice. H. are spin 1/2 și de aceea se supune Statistici Fermi - Dirac(este un fermion). Aparține familiei adra-nov; are numărul barion B= 1, adică incluse în grup barionii.

Descoperită în 1932 de J. Chadwick, care a arătat că radiația cu penetrare greută ce rezultă din bombardarea nucleelor ​​de beriliu de către particule a este formată din particule neutre din punct de vedere electric cu o masă aproximativ egală cu cea a unui proton. În 1932, D. D. Ivanenko și W. Heisenberg au emis ipoteza că nuclee atomice constau din protoni si H. Spre deosebire de sarcina. particule, H. pătrunde cu ușurință în nuclee cu orice energie și este foarte probabil să provoace reactii nucleare captați (n,g), (n,a), (n,p), dacă bilanţul energetic în reacţie este pozitiv. Probabilitatea de exotermie crește pe măsură ce H încetinește invers proporțional. viteza lui. O creștere a probabilității reacțiilor de captare a H. atunci când acestea sunt încetinite în medii care conțin hidrogen a fost descoperită de E. Fermi și colaboratorii în 1934. Capacitatea lui H. de a provoca fisiunea nucleelor ​​grele, descoperită de O. Hahn și F. Strassmann (F . Strassman) în 1938 (vezi. Fisiune nucleara), a servit drept bază pentru creație arme nucleareȘi . Particularitatea interacțiunii cu materia neutronilor lenți, care au o lungime de undă de Broglie de ordinul distanțelor atomice (efecte de rezonanță, difracție etc.), servește drept bază pentru utilizarea pe scară largă a fasciculelor de neutroni în fizica stării solide. (Clasificarea H. după energii - rapidă, lentă, termică, rece, ultra-rece - vezi art. Fizica neutronilor.)

În stare liberă, H. este instabilă - suferă dezintegrare B; n p + e - + v e; durata sa de viață t n = 898(14) s, energia limită a spectrului de electroni este de 782 keV (vezi. dezintegrarea neutronilor beta). Într-o stare legată ca parte a nucleelor ​​stabile, H. este stabil (conform estimărilor experimentale, durata sa de viață depășește 10 32 de ani). Potrivit astr. Se estimează că 15% din materia vizibilă a Universului este reprezentată de H., care face parte din cele 4 nuclee He. H. este principalul componentă stele neutronice. H. libere în natură se formează în reactii nucleare, cauzată de particulele a de dezintegrare radioactivă, raze cosmiceşi ca urmare a fisiunii spontane sau forţate a nucleelor ​​grele. Artă. sursele de H. sunt reactoare nucleare, explozii nucleare, acceleratori de protoni (la energie medie) și electroni cu ținte formate din elemente grele. Sursele de fascicule H. monocromatice cu o energie de 14 MeV sunt cu energie scăzută. acceleratoare de deuteron cu o țintă de tritiu sau litiu, iar în viitor, instalațiile termonucleare termonucleare se pot dovedi a fi surse intense de astfel de H. (Cm. .)

Principalele caracteristici ale H.

Masa H. t p = 939,5731(27) MeV/s2 = = 1,008664967(34) at. unitati masa 1.675. 10 -24 g Diferența dintre masele de H. și proton a fost măsurată de la max. precizie din energie. bilanțul reacției H. captarea de către un proton: n + p d + g (g-energie cuantică = 2,22 MeV), m n- m p = 1,293323 (16) MeV/c2.

Sarcina electrica H. Q n = 0. Cele mai precise măsurători directe Q n sunt realizate prin devierea fasciculelor de H. rece sau ultrarece în electrostatic. camp: Q n<= 3·10 -21 a ei- sarcina electronilor). Kosv. date electrice neutralitate macroscopică. cantitatea de gaz pe care o dau Qn<= 2·10 -22 e.

Rotire H. J= 1/2 a fost determinată din experimente directe privind divizarea unui fascicul H într-un câmp magnetic neomogen. câmpul în două componente [în cazul general, numărul de componente este egal cu (2 J + 1)].

Consistent descrierea structurii hadronilor bazată pe modern teoria interacțiunii puternice - cromodinamica cuantică- întâmpinându-l pe cel teoretic. dificultăţi, însă, pentru mulţi va satisface complet sarcinile. rezultatele sunt date de o descriere a interacțiunii nucleonilor, reprezentați ca obiecte elementare, prin schimbul de mezoni. Să experimentăm. explorarea spatiilor. structura lui H. se realizează folosind împrăștierea leptonilor de înaltă energie (electroni, muoni, neutrini, considerați în teoria modernă drept particule punctiforme) pe deutroni. Contribuția împrăștierii pe un proton este măsurată în dep. experiment și poate fi scăzut folosind definiția. va calcula. proceduri.

Difuzarea de electroni elastică și cvasielastică (cu divizare a deuteronului) pe un deuteron face posibilă găsirea distribuției densității electrice. sarcina si magnetica momentul H. ( factor de formă H.). Conform experimentului, distribuția densității magnetice. momentul H. cu o precizie de ordinul mai multor. procentul coincide cu distribuția densității electrice. sarcină de proton și are o rază pătrată medie de ~0,8·10 -13 cm (0,8 F). Magn. H. factorul de formă este descris destul de bine de așa-numitul. dipol f-loy G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2, unde q 2 - pătratul impulsului transferat în unități (GeV/c) 2.

O întrebare mai complexă este despre mărimea curentului electric. (încărcare) factor de formă H. GE n. Din experimentele de împrăștiere a deuteronului putem concluziona că GE n ( q 2 ) <= 0,1 în intervalul pătratelor impulsurilor transmise (0-1) (GeV/c) 2. La q 2 0 datorită egalității cu zero electric. taxa H. GE n- > 0, cu toate acestea, poate fi determinat experimental dG E n ( q 2 )/dq 2 | q 2=0 . Această valoare este max. găsit exact din măsurători lungimi de împrăștiere H. pe învelișul de electroni a atomilor grei. De bază O parte a acestei interacțiuni este determinată de câmpul magnetic. moment H. Max. experimente precise dau lungimea ne-împrăștiere A ne = -1,378(18) . 10 -16 cm, care diferă de valoarea calculată determinată de câmpul magnetic. momentul H.: A ne = -1,468. 10 -16 cm Diferența dintre aceste valori oferă pătratul mediu. raza H.<r 2 E n >= = 0,088(12) Fili dG E n ( q 2)/dq 2 | q 2=0 = -0,02 F2. Aceste cifre nu pot fi considerate finale din cauza dispersiei mari de date, descompunere. experimente care depășesc erorile raportate.

O caracteristică a interacțiunii lui H. cu majoritatea nucleelor ​​este pozitivă. lungimea de împrăștiere, ceea ce duce la coeficient. refracţie< 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. Optica neutronica).

H. şi interacţiunea slabă (electroslabă).. O sursă importantă de informații despre interacțiunea electroslabă este dezintegrarea b a H liber. La nivelul cuarcului, acest proces corespunde tranziției. Procesul invers al interacțiunii dintre un electron și un proton se numește. dezintegrarea b inversă. Această clasă de procese include captura electronică, având loc în nuclee, re - n v e.

Dezintegrarea H liberă ținând cont de cinematică. parametrii sunt descriși de două constante - vector G V, care se datorează curent de conservare a vectorului univers. constantă de interacțiune slabă și axial-vector G A, valoarea tăieturii este determinată de dinamica componentelor puternic interacționate ale nucleonului - cuarci și gluoni. Funcţiile de undă ale H. iniţial şi protonul final şi elementul de matrice al tranziţiei n p datorată izotopică. invarianțele sunt calculate destul de precis. Ca urmare, calculul constantelor G VȘi G A din dezintegrarea H. liberă (spre deosebire de calculele din dezintegrarea b a nucleelor) nu este asociată cu luarea în considerare a factorilor structurali nucleari.

Durata de viaţă a lui H. fără a lua în considerare anumite corecţii este egală cu: t n = kg 2 V+ 3G 2 A) -1 , unde k include cinematica factori şi corecţii coulombiane în funcţie de energia de limită a dezintegrarii b şi corecții ale radiațiilor.

Probabilitatea dezintegrarii polarizatorului. H. cu spin S , energiile și momentele electronului și antineutrinului și R e, este în general descris prin expresia:

Coef. corelații a, A, B, D poate fi reprezentat ca o funcție dintr-un parametru a = (G A/G V,)exp( i f). Faza f este diferită de zero sau p dacă T-invarianța este ruptă. În tabel sunt date date experimentale. valorile acestor coeficienți. și semnificațiile rezultate Ași f.

Există o diferență notabilă între aceste date. experimente pentru t n, ajungând la mai multe. la sută.

Descrierea interacțiunii electroslabe care implică H. la energii mai mari este mult mai complicată din cauza necesității de a se ține cont de structura nucleonilor. De exemplu, m - -capture, m - p n v m este descris de cel puțin două ori numărul de constante. H. experimentează, de asemenea, interacțiune electroslabă cu alți hadroni fără participarea leptonilor. Astfel de procese includ următoarele.

1) Dezintegrari ale hiperonilor L np 0, S + np +, S - np - etc. Probabilitatea redusă a acestor dezintegrari este de mai multe. ori mai puțin decât pentru particulele ne-straine, care este descris prin introducerea unghiului Cabibbo (vezi. Colțul Cabibbo).

2) Interacțiune slabă n - n sau n - p, care se manifestă ca forțe nucleare care nu păstrează spațiile. paritate Mărimea obișnuită a efectelor cauzate de acestea este de ordinul 10 -6 -10 -7.

Interacțiunea lui H. cu nucleele medii și grele are o serie de caracteristici, ducând în unele cazuri la semnificație. efecte de intensificare neconservarea parităţii în nuclee. Unul dintre aceste efecte este legat. diferența de secțiune transversală de absorbție a lui H. c în direcția de propagare și față de aceasta, muchii în cazul nucleului 139 La este egală cu 7% la = 1,33 eV, corespunzătoare R- rezonanța neutronilor undei. Motivul creșterii este combinația de energie scăzută. lățimea stărilor nucleului compus și densitatea mare a nivelurilor cu parități opuse în acest nucleu compus, care asigură amestecarea componentelor cu parități diferite cu 2-3 ordine de mărime mai mare decât în ​​stările joase ale nucleelor. Rezultatul este o serie de efecte: asimetria emisiei de g-quanta în raport cu spin-ul polarizatoarelor capturate. H. în reacția (n, g), asimetria emisiei de sarcină. particule în timpul dezintegrarii stărilor de compus în reacție (n, p) sau asimetria emisiei unui fragment de fisiune ușor (sau greu) în reacție (n, f). Asimetriile au o valoare de 10 -4 -10 -3 la energia termică H. V R-se realizează în plus rezonanţe neutronice de unde. îmbunătățirea asociată cu suprimarea probabilității de formare a unei componente de păstrare a parității a acestei stări compuse (datorită lățimii mici a neutronilor R-rezonanță) față de componenta de impurități cu paritate opusă, adică s-rezonanta-som. Este o combinație a mai multor. factorii de amplificare permit ca un efect extrem de slab să se manifeste cu o amploare caracteristică interacțiunii nucleare.

Interacțiuni cu încălcarea numărului barion. Teoretic modele marea unireȘi supraunificări prezice instabilitatea barionilor - descompunerea lor în leptoni și mezoni. Aceste dezintegrari pot fi observate numai pentru cei mai ușori barioni - p și n, care fac parte din nucleele atomice. Pentru interacțiunea cu o modificare a numărului barion cu 1, D B= 1, ne-am aștepta la o transformare de tip H.: n e + p - , sau la o transformare cu emisie de mezoni ciudați. Căutarea proceselor de acest fel a fost efectuată în experimente folosind detectoare subterane cu o masă de mai multe. mii de tone. Pe baza acestor experimente, se poate concluziona că timpul de dezintegrare a lui H. cu o încălcare a numărului de barion este mai mare de 10 32 de ani.

Dr. posibil tip de interacțiune cu D ÎN= 2 poate duce la fenomenul de interconversie a lui H. şi antineutroniîn vid, adică la oscilație . În absenţa externă câmpuri sau la magnitudinea lor mică, stările lui H. și antineutronul sunt degenerate, deoarece masele lor sunt aceleași, prin urmare chiar și o interacțiune ultra-slabă le poate amesteca. Criteriul micului extern câmpurile este micșorarea energiei de interacțiune magnetică. momentul H. cu magnet. câmpul (n și n ~ au momente magnetice de semn opus) față de energia determinată de timp T observații H. (după relația de incertitudine), D<=hT-1 . Când se observă producția de antineutroni într-un fascicul H dintr-un reactor sau altă sursă T este timpul zborului H. la detector. Numărul de antineutroni din fascicul crește pătratic odată cu creșterea timpului de zbor: /N n ~ ~ (T/t osc) 2, unde t osc este timpul de oscilație.

Experimentele directe privind observarea producerii în fascicule de H. rece dintr-un reactor cu flux mare dau o limitare a t osc > 10 7 s. În experimentele în curs de pregătire, se poate aștepta o creștere a sensibilității la nivelul t osc ~ 10 9 s. Circumstanțele limitative sunt max. intensitatea fasciculelor H. şi simularea fenomenelor antineutroni în detectorul cosmic. razele.

Dr. metoda de observare a oscilațiilor - observarea anihilării antineutronilor, care se pot forma în nuclee stabile. Mai mult, datorită diferenței mari dintre energiile de interacțiune ale antineutronului emergent în nucleu și energia de legare H. eff. timpul de observare devine ~ 10 -22 s, dar numărul mare de nuclee observate (~ 10 32) compensează parțial scăderea sensibilității în comparație cu experimentul pe fascicule H Din datele experimentelor subterane de căutare a dezintegrarii protonilor a evenimentelor cu o eliberare de energie de ~ 2 GeV se poate concluziona cu o anumită incertitudine, în funcție de necunoașterea tipului exact de interacțiune a antineutronului din interiorul nucleului, care t osc > (1-3). 10 7 p. Creaturi Creșterea limitei t osc în aceste experimente este împiedicată de fondul cauzat de interacțiunea particulelor cosmice. neutrini cu nuclee în detectoare subterane.

Trebuie remarcat faptul că căutarea dezintegrarii nucleonilor cu D B= 1 și căutarea -oscilațiilor sunt experimente independente, deoarece sunt cauzate de fundamental diferite tipuri de interacțiuni.

Interacțiunea gravitațională H. Neutronul este una dintre puținele particule elementare care cad în gravitație. Câmpul Pământului poate fi observat experimental. Măsurarea directă pentru H. se realizează cu o precizie de 0,3% și nu diferă de cea macroscopică. Problema conformității rămâne relevantă principiul echivalenței(egalitatea maselor inerțiale și gravitaționale) pentru H. și protoni.

Cele mai precise experimente au fost efectuate folosind metoda Et-weight pentru corpuri cu medii diferite. valorile raportului A/Z, Unde A- la. număr, Z- sarcina nucleelor ​​(în unități de sarcină elementară e). Din aceste experimente rezultă că accelerația gravitației pentru H. și protoni este identică la nivelul 2·10 -9, iar egalitatea gravitației. iar mase inerte la nivelul ~10 -12.

Gravitatie accelerația și decelerația sunt utilizate pe scară largă în experimentele cu H ultrarece. Aplicarea gravitației. Un refractometru pentru H. rece și ultrarece permite măsurarea cu mare precizie a lungimilor de împrăștiere coerentă a H. pe o substanță.

H. în cosmologie şi astrofizică

Conform modernului idei, în modelul Universului fierbinte (vezi. Teoria Universului fierbinte)Formarea barionilor, inclusiv protonii și hidrogenul, are loc în primele minute de viață ale Universului. Ulterior, o anumită parte a H., care nu a avut timp să se descompună, este capturată de protoni cu formarea de 4 He. Raportul dintre hidrogen și 4 He este de 70% până la 30% în greutate. În timpul formării stelelor și evoluției lor, mai departe nucleosinteză, până la nuclee de fier. Formarea nucleelor ​​mai grele are loc ca urmare a exploziilor de supernove odată cu nașterea stelelor neutronice, creând posibilitatea unor succesive. captarea H. de către nuclizi. În acest caz, combinația dintre așa-numitele. s-proces - captare lenta a H. cu dezintegrare b intre capturi succesive si r-proces - secvenţial rapid. captarea în timpul exploziilor de stele în principal. poate explica cele observate prevalența elementelor in spatiu obiecte.

În componenta primară a cosmicului razele H. sunt probabil absente din cauza instabilitatii lor. H., format la suprafața Pământului, difuzându-se în spațiu. spațiul și cei care se descompun acolo se pare că contribuie la formarea componentelor de electroni și protoni curele de radiații Pământ.

Lit.: Gurevici I.S., Tarasov L.V., Fizica neutronilor cu energie joasă, M., 1965; Alexandrov Yu. Proprietățile fundamentale ale neutronului, ed. a II-a, M., 1982.

Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează toate proprietățile chimice. Un atom este format dintr-un nucleu, care are o sarcină electrică pozitivă și electroni încărcați negativ. Sarcina nucleului oricărui element chimic este egală cu produsul dintre Z și e, unde Z este numărul de serie al acestui element din sistemul periodic al elementelor chimice, e este valoarea sarcinii electrice elementare.

Electron este cea mai mică particulă a unei substanțe cu sarcină electrică negativă e=1,6·10 -19 coulombi, luată ca sarcină electrică elementară. Electronii, care se rotesc în jurul nucleului, sunt localizați în învelișurile de electroni K, L, M etc. K este învelișul cel mai apropiat de nucleu. Mărimea unui atom este determinată de mărimea învelișului său de electroni. Un atom poate pierde electroni și deveni un ion pozitiv sau poate câștiga electroni și deveni un ion negativ. Sarcina unui ion determină numărul de electroni pierduți sau câștigați. Procesul de transformare a unui atom neutru într-un ion încărcat se numește ionizare.

Nucleul atomic(partea centrală a atomului) constă din particule nucleare elementare - protoni și neutroni. Raza nucleului este de aproximativ o sută de mii de ori mai mică decât raza atomului. Densitatea nucleului atomic este extrem de mare. Protoni- acestea sunt particule elementare stabile cu o singură sarcină electrică pozitivă și o masă de 1836 de ori mai mare decât masa unui electron. Un proton este nucleul unui atom al celui mai ușor element, hidrogenul. Numărul de protoni din nucleu este Z. Neutroni este o particulă elementară neutră (fără sarcină electrică) cu o masă foarte apropiată de masa unui proton. Deoarece masa nucleului constă din masa protonilor și neutronilor, numărul de neutroni din nucleul unui atom este egal cu A - Z, unde A este numărul de masă al unui izotop dat (vezi). Protonul și neutronul care formează nucleul se numesc nucleoni. În nucleu, nucleonii sunt legați de forțe nucleare speciale.

Nucleul atomic conține o rezervă uriașă de energie, care este eliberată în timpul reacțiilor nucleare. Reacțiile nucleare apar atunci când nucleele atomice interacționează cu particulele elementare sau cu nucleele altor elemente. Ca rezultat al reacțiilor nucleare, se formează noi nuclei. De exemplu, un neutron se poate transforma într-un proton. În acest caz, o particulă beta, adică un electron, este ejectată din nucleu.

Tranziția unui proton la un neutron din nucleu poate fi efectuată în două moduri: fie o particulă cu o masă egală cu masa electronului, dar cu o sarcină pozitivă, numită pozitron (desintegrare a pozitronilor), este emisă din nucleul sau nucleul captează unul dintre electronii din capacul K cel mai apropiat de acesta (K -capture).

Uneori, nucleul rezultat are un exces de energie (este într-o stare excitată) și, la revenirea la starea normală, eliberează excesul de energie sub formă de radiație electromagnetică cu o lungime de undă foarte scurtă - . Energia eliberată în timpul reacțiilor nucleare este utilizată practic în diverse industrii.

Un atom (greacă atomos - indivizibil) este cea mai mică particulă a unui element chimic care are proprietățile sale chimice. Fiecare element este alcătuit dintr-un anumit tip de atom. Atomul este format dintr-un nucleu, care poartă o sarcină electrică pozitivă și electroni încărcați negativ (vezi), formând învelișurile sale de electroni. Mărimea sarcinii electrice a nucleului este egală cu Z-e, unde e este sarcina electrică elementară egală ca mărime cu sarcina electronului (4,8·10 -10 unități electrice), iar Z este numărul atomic al acestui element în sistemul periodic al elementelor chimice (vezi .). Deoarece un atom neionizat este neutru, numărul de electroni incluși în el este, de asemenea, egal cu Z. Compoziția nucleului (vezi Nucleul atomic) include nucleoni, particule elementare cu o masă de aproximativ 1840 de ori mai mare decât masa electronului. (egal cu 9,1 10 - 28 g), protoni (vezi), încărcați pozitiv și neutroni fără sarcină (vezi). Numărul de nucleoni din nucleu se numește număr de masă și este desemnat cu litera A. Numărul de protoni din nucleu, egal cu Z, determină numărul de electroni care intră în atom, structura învelișurilor de electroni și substanța chimică. proprietățile atomului. Numărul de neutroni din nucleu este A-Z. Izotopii sunt varietăți ale aceluiași element, ale căror atomi diferă între ei ca număr de masă A, dar au același Z. Astfel, în nucleele atomilor diferiților izotopi ai aceluiași element există numere diferite de neutroni cu același numărul de protoni. Când se notează izotopii, numărul de masă A este scris deasupra simbolului elementului, iar numărul atomic dedesubt; de exemplu, izotopii oxigenului sunt desemnați:

Dimensiunile unui atom sunt determinate de dimensiunile învelișurilor de electroni și sunt pentru toate Z o valoare de ordinul 10 -8 cm, deoarece masa tuturor electronilor unui atom este de câteva mii de ori mai mică decât masa nucleului , masa atomului este proporțională cu numărul de masă. Masa relativă a unui atom al unui izotop dat este determinată în raport cu masa unui atom al izotopului de carbon C12, luată ca 12 unități, și se numește masa izotopului. Se dovedește a fi aproape de numărul de masă al izotopului corespunzător. Greutatea relativă a unui atom al unui element chimic este valoarea medie (ținând cont de abundența relativă a izotopilor unui element dat) a greutății izotopice și se numește greutate atomică (masă).

Atomul este un sistem microscopic, iar structura și proprietățile sale pot fi explicate doar folosind teoria cuantică, creată în principal în anii 20 ai secolului XX și menită să descrie fenomene la scară atomică. Experimentele au arătat că microparticulele - electroni, protoni, atomi etc. - pe lângă cele corpusculare, au proprietăți de undă, manifestate prin difracție și interferență. În teoria cuantică, pentru a descrie starea micro-obiectelor, se folosește un anumit câmp de undă, caracterizat printr-o funcție de undă (funcția Ψ). Această funcție determină probabilitățile stărilor posibile ale unui microobiect, adică caracterizează posibilitățile potențiale de manifestare a anumitor proprietăți ale acestuia. Legea de variație a funcției Ψ în spațiu și timp (ecuația lui Schrodinger), care permite găsirea acestei funcții, joacă același rol în teoria cuantică ca legile mișcării lui Newton în mecanica clasică. Rezolvarea ecuației Schrödinger în multe cazuri duce la stări posibile discrete ale sistemului. Deci, de exemplu, în cazul unui atom, se obține o serie de funcții de undă pentru electroni corespunzătoare unor valori diferite (cuantificate) de energie. Sistemul de niveluri de energie atomică, calculat prin metodele teoriei cuantice, a primit o confirmare strălucitoare în spectroscopie. Tranziția unui atom de la starea fundamentală corespunzătoare celui mai scăzut nivel de energie E 0 la oricare dintre stările excitate E i are loc la absorbția unei anumite porțiuni de energie E i - E 0 . Un atom excitat ajunge la o stare mai puțin excitată sau fundamentală, de obicei prin emiterea unui foton. În acest caz, energia fotonului hv este egală cu diferența de energii ale atomului în două stări: hv = E i - E k unde h este constanta lui Planck (6,62·10 -27 erg·sec), v este frecvența de lumina.

Pe lângă spectrele atomice, teoria cuantică a făcut posibilă explicarea altor proprietăți ale atomilor. În special, au fost explicate valența, natura legăturilor chimice și structura moleculelor și a fost creată teoria tabelului periodic al elementelor.