Масса нейтрона, протона, электрона – что общего? Масса нейтрона протона и электрона

Масса нейтрона, протона, электрона – что общего?

Как только случается встретиться с неизвестным предметом, так обязательно возникает меркантильно–житейский вопрос – а сколько это весит. А вот если это неизвестное - элементарная частица, что тогда? А ничего, вопрос остается прежним: какая же масса этой частицы. Если бы кто-то занялся подсчетом затрат, понесенных человечеством для удовлетворения своего любопытства на исследования, точнее, измерения, массы элементарных частиц, то мы бы узнали, что, например, масса нейтрона в килограммах с умопомрачительным количеством нулей после запятой, обошлось человечеству дороже, чем самое дорогое строительство с таким же количеством нулей до запятой.

А начиналось все очень буднично: в руководимой Дж. Дж.Томсоном лаборатории в 1897 г. проводились исследования катодных лучей. В результате была определена универсальная константа для Вселенной - величина отношения массы электрона к его заряду. До определения массы электрона осталось совсем немного - определить его заряд. Через 12 лет Роберт Милликен сумел это сделать. Он проводил эксперименты с падающими в электрическом поле капельками масла, и ему удалось не только уравновесить их вес величиной поля, но и провести необходимые и чрезвычайно тонкие измерения. Их результат – численное значение массы электрона:

me = 9,10938215(15) * 10-31кг.

К этому времени относятся и исследования структуры атомного ядра, где первопроходцем был Эрнест Резерфорд. Именно он, наблюдая за рассеянием заряженных частиц, предложил модель атома с внешней электронной оболочкой и положительным ядром. Частица, которой в планетарной модели атома была предложена роль ядра простейшего атома, получалась при бомбардировке азота потоком альфа-лучей. Это была первая ядерная реакция, полученная в лаборатории – в ее результате из азота получался кислород и ядра будущих атомов водорода, названных протонами. Однако, альфа-лучи состоят из сложных частиц: кроме двух протонов они содержат еще два нейтрона. Масса нейтрона почти равна массе протона и общая масса альфа-частицы получается вполне солидной для того, чтоб разрушить встречное ядро и отколоть от него «кусочек», что и случилось.

Поток положительных протонов отклонялся электрическим полем, компенсируя его отклонение, вызываемое силой тяжести. В этих экспериментах определить массу протона уже не составляло труда. Но самым интересным был вопрос о том, какое соотношение имеют масса протона и электрона. Загадка была тут же решена: масса протона превышает массу электрона чуть больше, чем 1836 раз.

Итак, первоначально, модель атома предполагалась, по Резерфорду, как электронно-протонный комплект с одинаковым числом протонов и электронов. Однако совсем скоро оказалось, что первичная ядерная модель не полностью описывает все наблюдаемые эффекты по взаимодействиям элементарных частиц. Только в 1932 году Джеймс Чедвик подтвердил гипотезу о дополнительных частицах в составе ядра. Их назвали нейтронами, нейтральными протонами, т.к. они не имели заряда. Именно это обстоятельство обуславливает их большую проникающую способность – они не расходуют свою энергию на ионизацию встречных атомов. Масса нейтрона совсем незначительно превышает массу протона - всего примерно на 2,6 электронных массы больше.

Химические свойства веществ и соединений, которые образуются данным элементом, определяются числом протонов в ядре атома. Со временем подтвердилось участие протона в сильных и других фундаментальных взаимодействиях: электромагнитном, гравитационном и слабом. При этом, несмотря на то, что заряд нейтрона отсутствует, при сильных взаимодействиях протон и нейтрон рассматривают как элементарную частицу нуклон в различных квантовых состояниях. Отчасти сходство поведения этих частиц объясняется и тем, что масса нейтрона очень мало отличается от массы протона. Стабильность протонов позволяет использовать их, предварительно ускорив до высоких скоростей, в качестве бомбардирующих частиц для осуществления ядерных реакций.

загрузка...

fjord12.ru

........................................................ Задать вопрос – НА ФОРУМЕ Получить информацию – В РАЗДЕЛАХ Сказать спасибо – В ГОСТЕВОЙ Искать – ЗДЕСЬ ........................................................ Возьми кнопку себе на сайт! <a href="http://w-rabbit.narod.ru"> <img src="http://w-rabbit.narod.ru/w-rabbit.gif" width=88 hight=31 border=0></a> ........................................................ © 2001. Design by Grayscale ........................................................

Б. Росси Фотоны Фотоны, или гамма-лучи, рассматриваемые как элементарные частицы, имеют массу нуль. Это следует из того, что их скорость всегда равна скорости света, а энергия равна импульсу, умноженному на скорость света. Фотоны имеют целый спин, поскольку они испускаются при переходах между квантовыми состояниями атомов, при которых момент количества движения изменяется на целое число. Они подчиняются статистике Бозе; на это указывает хотя бы тот факт, что, применяя к фотонам в состоянии термодинамического равновесия статистику Бозе, мы получаем правильное выражение для спектра излучения черного тела (закон Планка). Предположение, что спин фотона равен 1, находится в согласии с правилами отбора для радиационных переходов. Фотон в состоянии с определенным направлением спина соответствует волне с круговой поляризацией. Спин фотона может быть либо параллельным, либо антипараллельным к направлению движения и имеет поэтому только две возможные ориентации. Фотоны не имеют ни электрического заряда, ни магнитного момента. Электроны и позитроны В состав всех окружающих нас веществ входят электроны. Их электрический заряд точно известен (например, из экспериментов с масляными капельками) и равен e =4,802•10-10 электростатических единиц. Масса электрона тоже точно известна (например, из экспериментов по отклонению в электрическом и магнитном полях, дающих величину отношения электрического заряда к массе) и имеет величину me=9,105•10-28 г. Соответствующее значение энергии покоя mec2=0,51079 Мэв. Анализ атомных спектров показывает, что спин электрона s =1/2, а его магнитный момент равен одному магнетону Бора. Электроны подчиняются статистике Ферми, так как они обладают полуцелым спином. Это согласуется с экспериментальными данными о структуре атомов и о поведении электронов в металлах. Позитроны (положительные электроны) в веществе не могут существовать, потому что при замедлении они аннигилируют, соединяясь с отрицательными электронами. В этом процессе, который можно рассматривать как обратный процесс рождения пар, положительный и отрицательный электроны исчезают, при этом образуются фотоны, которым передается их энергия. При аннигиляции электрона и позитрона в большинстве случаев образуются два фотона, значительно реже - один фотон. Однофотонная аннигиляция может произойти только в том случае, когда электрон сильно связан с ядром; участие ядра в этом случае необходимо для сохранения импульса. Двухфотонная аннигиляция, напротив, может происходить и со свободным электроном. Часто процесс аннигиляции происходит после практически полной остановки позитрона. В этом случае испускаются в противоположных наравлениях два фотона с равными энергиями. Позитрон был открыт Андерсоном при изучении космических лучей методом камеры Вильсона. На рисунке, который является репродукцией с полученной Андерсоном фотографии в камере Вильсона, видна положительная частица, входящая в свинцовую пластину толщиной 0,6 см с импульсом 6,3•107 эв/с и выходящая из нее с импульсом 2,3•107 эв/с. Можно установить верхний предел для массы этой частицы, допустив, что она теряет энергию только на столкновения. Этот предел составляет 20 me. На основании этой и других сходных фотографий Андерсон выдвинул гипотезу о существовании положительной частицы с массой, примерно равной массе обычного электрона. Это заключение скоро было подтверждено наблюдениями Блэккета и Оккиалини в камере Вильсона. Вскоре после этого Кюри и Жолио открыли, что позитроны образуются при конверсии гамма-лучей радиоактивных источников, а также испускаются искусственными радиоактивными изотопами. Так как фотон, будучи нейтральным образует пару (позитрон и электрон), то из принципа сохранения электрического заряда следует, что по абсолютной величине заряд позитрона равен заряду электрона. Первое количественное определение массы позитрона было проделано Тибо, который измерял отношение e/m методом трохоид и пришел к выводу, что массы позитрона и электрона отличаются не больше чем на 15 %. Более поздние эксперименты Шписа и Цана, которые использовали масс-спектрографическую установку, показали, что массы электрона и позитрона совпадают с точностью до 2 %. Еще позже Дюмонд и сотрудники измерили с большой точностью длину волны аннигиляционного излучения. С точностью до ошибок эксперимента (0,2 %) они получили такое значение длины волны, которого следовало ожидать в предположении, что позитрон и электрон имеют равные массы. Закон сохранения момента количества движения в применении к процессу рождения пар показывает, что позитроны обладают полуцелым спином и, следовательно, подчиняются статистике Ферми. Разумно предположть, что спин позитрона равен 1/2, как и спин электрона. Протоны и нейтроны Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, и поэтому их часто называют нуклонами. Нейтрон не имеет электрического заряда. Протон имеет положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Об этом свидетельствует тот факт, что атомы нейтральны. Масса протона Mp точно известна из непосредственных масс-спектроскопических измерений; ее величина в 1836 раз больше массы электрона. Энергия покоя протона равна 938 Мэв. Масса нейтрона Mn известна из масс-спектроскопических измерений массы дейтона (который состоит из одного протона и одного нейтрона) и из измерения энергии связи этой частицы. Величина массы нейтрона немного превышает массу протона. Соответствующая разница между энергиями покоя нейтрона и протона порядка 1,3 Мэв. Сверхтонкая структура водорода свидетельствует о том, что протон имеет спин 1/2. Из сверхтонкой структуры дейтерия следует, что его спин равен 1. Поэтому нейтрон должен иметь полуцелый спин, и естественно предположить, что он имеет спин 1/2. Это предположение подтверждается непосредственными экспериментами по рассеянию медленных нейтронов на орто- и параводороде. Методом магнитного резонанса были определены магнитные моменты протона и нейтрона; в этих экспериментах определялась разность энергий частиц, ориентированных параллельно и антипараллельно магнитному полю, причем непосредственно измерялась соответствующая этой энергетической разности частота. В результате были получены следующие значения:для протона: 2,7896 ядерных магнетонов; для нейтрона: -1,9103 ядерных магнетонов. Наличие отрицательного магнитного момента у нейтрона означает, что магнитный момент и спин направлены противоположно. Наблюдения, показывающие, что спин дейтона равен сумме спинов протона и нейтрона, а магнитный момент примерно равен разности между магнитными моментами этих двух частиц, явились первым подтверждением того, что магнитные моменты протона и нейтрона имеют противоположные знаки. Знаки магнитных моментов протона и нейтрона были позднее непосредственно определены Роджерсом и Штаубом. Бета-распад и нейтрино Уже давно было известно, что ядра могут испускать электроны и позитроны (бета-активность). При объяснении этого явления считали, что один из протонов ядра переходит в нейтрон, образуя при этом позитрон, или один из нейтронов ядра переходит в протон, образуя при этом электрон. Вне ядра энергетически возможно только превращение нейтрона в протон, поскольку энергия покоя нейтрона больше энергии покоя протона. Такое превращение наблюдалось; при этом оказалось, что время жизни свободных нейтронов равно примерно 13 мин. Так как протоны, нейтроны и электроны имеют спин 1/2, то из закона сохранения момента количества движения следует, что электрон и протон не могут являться единственными продуктами распада свободного нейтрона, т. е. при бета-распаде ядро не может испускать только один электрон. Кроме того, было обнаружено, что энергетический спектр электронов, испускаемых при бета-распаде некоторого определенного радиоактивного изотопа, является непрерывным. Максимальная энергия электронов равна разности между энергиями связи материнского и дочернего веществ, но средняя энергия электронного спектра значительно меньше этой разности. Таким образом, законы сохранения энергии и момента количества движения требуют сущесвования нейтральной частицы с полуцелым спином, рождающейся одновременно с электроном и уносящей необходимую для баланса часть энергии. Эту частицу называют "нейтрино". Известно, что масса нейтрино составляет меньше 2 % от массы электрона, ее предполагаемый спин равен 1/2. Нейтрино очень слабо взаимодействует с веществом, о чем свидетельствует тот факт, что до сих пор не было обнаружено ни одного акта взаимодействия. Это означает, что магнитный момент нейтрино, вероятно, равен нулю и, несомненно, очень мал по сравнению с магнетоном Бора. Открытие мезона Открытие мезона, в отличие от открытия позитрона явилось не результатом единичного наблюдения, а скорее выводом из целой серии экспериментальных и теоретических исследований. В 1932 году Росси, используя метод совпадений, предложенный Боте и Кольхерстером, показал, что известную часть наблюдаемого на уровне моря космического излучения составляют частицы, способные проникать через свинцовые пластины толщиной до 1 м. Вскоре после этого он также обратил внимание на существование в космических лучах двух различных компонент. Частицы одной компоненты (проникающая компонента) способны проходить через большие толщи вещества, причем степень поглощения их различными веществами приблизительно пропорциональна массе этих веществ. Частицы другой компоненты (ливнеобразующая компонента) быстро поглощаются, в особенности тяжелыми элементами; при этом образуется большое число вторичных частиц (ливни). Эксперименты по изучению прохождения частиц космических лучей через свинцовые пластины, проведенные с камерой Вильсона Андерсоном и Неддемейером, также показали, что существуют две различные компоненты космических лучей. Эти эксперименты показали, что, в то время как в среднем потеря энергии частиц космических лучей в свинце совпадала по порядку величин с теоретически вычисленной потерей на столкновения, некоторые из этих частиц испытывали гораздо большие потери. В 1934 году Бете и Гайтлер опубликовали теорию радиационных потерь электронов и рождения пар фотонами. Свойства менее проникающей компоненты, наблюдавшейся Андерсоном и Неддемейером, находились в согласии со свойствами электронов, предсказанными теорией Бете и Гайтлера; при этом большие потери объяснялись радиационными процессами. Свойства ливнеобразующего излучения, обнаруженного Росси, также могли быть объяснены в предположении, что это излучение состоит из электронов и фотонов больших энергий. С другой стороны, признавая справедливость теории Бете и Гайтлера, приходилось делать вывод, что "проникающие" частицы в экспериментах Росси и менее поглощающиеся частицы в экспериментах Андерсона и Неддемейера отличаются от электронов. Пришлось предположить, что проникающие частицы тяжелее электронов, так как согласно теории потери энергии на излучение обратно пропорциональны квадрату массы. В связи с этим обсуждалась возможность краха теории излучения при больших энергиях. В качестве альтернативы Вильямс в 1934 году высказал предположение, что проникающие частицы космических лучей, возможно, обладают массой протона. Одна из трудностей, связанных с этой гипотезой, заключалась в необходимости существования не только положительных, но и отрицательных протонов, потому что эксперименты с камерой Вильсона показали, что проникающие частицы космических лучей имеют заряды обоих знаков. Более того, на некоторых фотографиях, полученных Андерсоном и Неддемейером в камере Вильсона, можно было видеть частицы, которые не излучали подобно электронам, но, однако, были не такими тяжелыми, как протоны. Таким образом, к концу 1936 года стало почти очевидным, что в космических лучах имеются, кроме электронов, еще и частицы до тех пор неизвестного типа, предположительно частицы с массой, промежуточной между массой электрона и массой протона. Следует отметить также, что в 1935 году Юкава из чисто теоретических соображений предсказал существование подобных частиц. Существование частиц с промежуточной массой было непосредственно доказано в 1937 году экспериментами Неддемейера и Андерсона и Стрита и Стивенсона. Эксперименты Неддемейера и Андерсона явились продолжением (с улучшенной методикой) упоминавшихся выше исследований по потерям энергии частиц космических лучей. Они были проведены в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле и разделенной на две половины платиновой пластиной толщиной 1 см. Потери импульса для отдельных частиц космических лучей определялись путем измерения кривизны следа до и после пластины. Поглощающиеся частицы легко могут быть интерпретированы как электроны. Такая интерпретация подкрепляется тем, что поглощающиеся частицы в отличие от проникающих часто вызывают в платиновом поглотителе вторичные процессы и по большей части встречаются группами (по две и больше). Именно этого и следовало ожидать, так как многие из электронов, наблюдаемых при такой же геометрии эксперимента, что у Неддемейера и Андерсона, входят в состав ливней, образующихся в окружающем веществе. Что касается природы проникающих частиц, то здесь многое пояснили два следующих результата, полученных Неддемейером и Андерсоном. 1). Несмотря на то, что поглощающиеся частицы относительно чаще встречаются при малых значениях импульсов, а проникающие частицы наоборот (более часты при больших значениях импульсов), имеется интервал импульсов, в котором представлены и поглощающиеся и проникающие частицы. Таким образом, различие в поведении этих двух сортов частиц не может быть приписано различию в энергиях. Этот результат исключает возможность считать проникающие частицы электронами, объясняя их поведение несправедливостью теории излучения при больших энергиях. 2). Имеется некоторое число проникающих частиц с импульсами меньше 200 Мэв/с, которые производят не большую ионизацию, чем однозарядная частица вблизи минимума кривой ионизации. Это означает, что проникающие частицы космических лучей значительно легче, чем протоны, поскольку протон с импульсом меньше 200 Мэв/с производит удельную ионизацию, примерно в 10 раз превышающую минимальную. Стрит и Стивенсон попытались непосредственно оценить массу частиц космических лучей путем одновременного измерения импульса и удельной ионизации. Они использовали камеру Вильсона, которая управлялась системой счетчиков Гейгера-Мюллера, включенной на антисовпадения. Этим достигался отбор частиц, близких к концу своего пробега. Камера помещалась в магнитное поле напряженностью 3500 гс; камера срабатывала с задержкой около 1 сек, что позволяло производить счет капелек. Среди большого числа фотографий Стрит и Стивенсон нашли одну, представлявшую чрезвычайный интерес. На этой фотографии виден след частицы с импульсом 29 Мэв/с, ионизация которой примерно в шесть раз превышает минимальную. Эта частица обладает отрицательным зарядом, поскольку она движется вниз. Судя по импульсу и удельной ионизации, ее масса оказывается равной примерно 175 массам электрона; вероятная ошибка, составляющая 25 %, обусловлена неточностью измерения удельной ионизации. Заметим, что электрон, обладающий импульсом 29 Мэв/с, имеет практически минимальную ионизацию. С другой стороны, частицы с таким импульсом и массой протона (либо движущийся вверх обычный протон, либо отрицательный протон, движущийся вниз) обладают удельной ионизацией, которая примерно в 200 раз превышает минимальную; кроме того, пробег такого протона в газе камеры должен быть меньше 1 см. В то же время след, о котором идет речь, ясно виден на протяжении 7 см, после чего он выходит из освещенного объема. Описанные выше эксперименты безусловно доказали, что проникающие частицы действительно являются более тяжелыми, чем электроны, но более легкими, чем протоны. Кроме того, эксперимент Стрита и Стивенсона дал первую примерную оценку массы этой новой частицы, которую мы можем теперь назвать ее общепринятым именем - мезон. <<<

w-rabbit.narod.ru

Структура атома - общая инфо. Протоны, нейтроны, сильное взаимодействие, электрон, атомная единица массы, электрон

Тебе наверное покажется странной такая тема. Устройство атома?… Устройство молекул — это было бы вполне понятно, но атомы?

Для того, чтобы понимать в общих чертах разные генетические штуки, слишком детально представлять себе устройство атома, конечно, не обязательно, но если ты хочешь более глубоко разобраться в межмолекулярных взаимодействиях, на которых и строится собственно вся биохимия, то без хотя бы поверхностного понимания того, как устроен атом, уже совершенно точно не обойтись.

Живая клетка представляет собой настолько поразительный организм, что для нее квантовая физика, физика элементарных частиц являются не чем-то далеким и отвлеченным, а самым что ни на есть актуальным, злободневным, данным ей в непосредственном ощущении. Например, клеточные мембраны представляют собой настолько филигранно работающие механизмы, что кроме осуществления транспорта довольно крупных ионов они способны управлять даже отдельными протонами. А переконфигурация электронных облаков — совершенно обыденное дело при разнообразных превращениях веществ внутри и вовне клетки.

Я прекрасно понимаю, что у многих аллергия или на физику в целом, или конкретно на атомную физику. Многие еще в детстве получили такую прививку, после которой уже даже и пробовать не хочется разобраться в устройстве атома. Но при определенной степени упрощения всё тут обстоит довольно просто — попробуй, увидишь.

Представить себе какой-нибудь атом можно довольно просто. Представь себе нечто вроде солнечной системы, ядро которой состоит из одного или нескольких тяжелых комочков материи, а вокруг ядра вращаются более мелкие. Это и есть самая элементарная картина атома.

*) Тяжелые частицы, находящиеся в ядре атома, бывают двух типов: ПРОТОНЫ и НЕЙТРОНЫ. На этой картинке мы тоже видим два вида шариков, окрашенных в разные цвета. Каждый протон имеет положительный электрический заряд, равный условной единице (+1), в то время как нейтрон электрически нейтрален, т.е. электрического заряда у него нет.

*) Протоны и нейтроны почти одинаковы.

*) Протоны и нейтроны очень плотно упакованы, тесно прижимаются друг к другу в ядре. Плотность материи в ядре такая, что кубический сантиметр такого вещества весил бы пол-миллиарда тонн!! Из такого материала состоят НЕЙТРОННЫЕ ЗВЕЗДЫ. Если такой кубик уронить себе под ноги, то он в силу своей огромной массы и маленького размера пролетел бы сквозь всю Землю, практически не замечая сопротивления — как сквозь газ. И так и продолжал бы летать туда-сюда вокруг центра тяжести Земли, делая дырку за дыркой.

За счет чего же протоны и нейтроны так притягиваются друг к другу? За счет особой силы — это СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. Эта сила никак себя не показывает в нашей обыденной жизни. Мы ходим по Земле, а не улетаем в космос, благодаря гравитации, которую пока что условно будем считать «силой». Кроме этого, мы везде вокруг себя видим проявления электрической и магнитной сил, которые являются на самом деле единой электромагнитной силой. С электричеством мы сталкиваемся не только тогда, когда суем вилку в розетку. Такое привычное нам трение — это тоже отчасти результат того, что электроны, принадлежащие атомам одной поверхности, вступают во взаимодействие с электронами, принадлежащими атомам другой поверхности, что и создает трение даже в том случае, когда обе поверхности будут идеально ровными на наш взгляд. А вот с сильным взаимодействием мы никаким образом в своем быту непосредственно не пересекаемся, хотя весь мир атомов, из которых мы состоим, обладает такой стабильностью именно потому, что нейтроны и протоны в ядре атомов очень мощно притягиваются ею друг к другу.

*) Мы видим на этой картинке и вращающиеся вокруг ядра электроны. По сравнению с протоном, ЭЛЕКТРОН очень мал. Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона.

Поскольку масса протона исключительно мала, то измерять ее в граммах было бы совершенно бессмысленно — пришлось бы писать слишком много нулей после запятой, да и зачем это? В чем смысл каждый раз писать, что масса такой-то молекулы равна одной триллионной от одной миллиардной грамма, да еще сколько-то там долей… свихнуться можно. Гораздо проще массу атомов и молекул измерять какой-то такой величиной, которая сравнима с ними. Поэтому сделали очень просто: вместо граммов и килограммов ввели единицу массы, удобную для использования именно в мире атомов и молекул. Мы взяли один протон и сказали, что его масса теперь и будет исходным мерилом всех масс микромира — АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ, или а.е.м. Масса нейтрона, как уже говорилось выше, равна (с устраивающей нас точностью) массе протона и тоже равна 1 а.е.м.

Теперь стало очень легко сравнивать массы молекул, ведь если одна молекула весит, скажем, 20 а.е.м., а другая — 100 а.е.м, то мы сразу легко представляем себе существующую между ними разницу. Более того, мы понимаем сразу, что в первой молекуле в сумме имеется 20 протонов и нейтронов, раз ее вес равен 20 а.е.м, а во второй — 100, и нам совершенно всё равно, сколько это в килограммах или фунтах.

*) Каждый электрон имеет электрический отрицательный заряд, также равный условной единице со знаком минус (-1). Потому-то электроны и привязаны к атомному ядру — между ними и протонами возникает сильное электрическое притяжение. Это притяжение и обеспечивает стабильность атома. Есть еще очень интересные квантовые эффекты, которые обеспечивают стабильность атома, из-за которых электроны не падают на протоны, а остаются на своих «орбитах», но об этом уже не в этом посте.

*) В любом атоме число протонов и число электронов обычно одинаково, поэтому в целом, издалека, сумма положительных зарядов уравновешивается суммой отрицательных, так что атом получается электрически нейтральным.

Электроны, хоть и привязаны к ядру очень прочно, все же могут быть оторваны от него ещё большей силой. Бывает и так, что при некоторых обстоятельствах атом захватывает лишние электроны.

Если атом отдал один свой электрон (или несколько электронов), то теперь в нем электронов стало меньше, чем протонов, а значит положительных зарядов в нем стало больше, и в целом атом становится положительно заряженным. Такой атом уже называется ИОН, и в данном случае — это положительно заряженный ион.

Если же атом захватил один или несколько лишних электронов, то он становится отрицательно заряженным ионом.

*) Количество протонов внутри ядра атома обозначается в физике буквой «Z» и имеет ключевое, огромное значение. Эксперименты показали, что именно это и определяет то — атом какого химического элемента находится перед нами. Ни количество нейтронов, ни количество электронов на это НЕ влияют. Если в ядре один протон, то перед нами водород. Если два, то гелий, и так далее. Порядковый номер элемента в периодической таблице элементов и показывает — сколько в его ядре находится именно протонов.

*) Но если электроны, «вращающиеся» вокруг ядра, не оказывают никакого влияния на то, какой перед нами химический элемент, то это не значит, что они совсем не важны. С точки зрения химии, с точки зрения химических взаимодействий они как раз оказываются важнее, чем протоны в ядре, и понятно почему. Ведь когда два атома приближаются друг к другу, то они начинают взаимодействовать между собой именно своими ЭЛЕКТРОННЫМИ ОБОЛОЧКАМИ, то есть совокупностью «вращающихся» вокруг ядер электронов. Именно поэтому химические свойства элементов в гораздо большей степени зависят от того — как именно эти электроны начнут между собой взаимодействовать, чем от того, сколько там внутри протонов и тем более нейтронов.

Для того, чтобы понять, как именно электронные оболочки соседних атомов взаимодействуют друг с другом, нам надо разобраться в том, как же именно электроны в атомах располагаются на своих местах. Это мы рассмотрим позже и это будет очень интересно.

bodhi.name

Нейтрон с позиции скейлинга — Викизнание... Это Вам НЕ Википедия!

Нейтрон с позиции скейлинга (Scaling approach to neutron) - нейтральная тяжелая микрочастица, которая обеспечивает стабильность атомного ядра. Количество необходимых нейтронов различно в ядре и определяется безразмерным параметром:

,

где - массовое число, а - заряд ядра. Для легких ядер этот параметр близок к единице, а для тяжелых - он возрастает.

Масса покоя нейтрона равна согласно [1]: кг. Отношение массы нейтрона к массе электрона равно: , где - квант массы Природного масштаба (масса электрона), а отношение массы нейтрона к массе протона равно: , где - масса протона.

В свободном состоянии нейтрон - нестабильная микрочастица и имеет среднее время жизни, равное 15 мин. В тоже время внутри атомного ядра, а также внутри "нейтронных звезд" нейтрон - достаточно стабильная частица. Избыток массы у нейтрона по сравнению с протоном настолько велик, что энергетически вполне возможно превращение нейтрона в протон и электрон путем "бета распада":

,

где - электронное нейтрино.

Нейтрон имеет полу целый спин, также как и протон с электроном, и поэтому принадлежит к классу "ферми частиц" (подчиняется статистике Ферми-Дирака).

В рамках подхода скейлинга для формирования "вещества" из "примордиальной материи" необходима модернизация понятий "ядерное вещество" и "элементарные частицы". Именно поэтому нейтрон выступает здесь в качестве "экспериментального полигона" для отработки концепции. На примере нейтрона достаточно легко и наглядно показать как из "масштабов" формируются "композитные микрочастицы" и сколько их надо вообще для полноценного заполнения масштабов материей.

Природа "ядерного вещества"[править]

Поскольку протон формирует атом водорода, поэтому уже сам протон является одним из квантов "ядерного вещества". Покажем, каким образом это вещество может образоваться и почему оно не может обойтись без нейтрона. Очевидно, что максимальному сближению двух протонов препятствует кулоновская сила отталкивания. Поэтому для сближения двух протонов на расстояние нужно выполнить определенную работу:

МэВ,

где - заряд электрона, - силовая постоянная масштаба Стони (постоянная тонкой структуры), - скорость света и м - масштабный параметр длины протона. Эта энергия почти в три раза меньше "энергии связи" нуклонов в стабильных ядрах, равной около 8 МэВ (для легких ядер она в полтора раза больше). Это обусловлено тем, что расстояние между "центрами" протонов равно удвоенному значению . Таким образом, ядра образованные одними протонами были бы весьма рыхлыми структурами склонными к распаду. Другими словами, не было бы не только тяжелых, но и средних ядер в химической таблице Менделеева.

Известно, что протон может превратиться в нейтрон через процесс захвата энергетического электрона (для соблюдения баланса энергий!):

.

Что это означает с точки зрения скейлинга? А это означает "сближение" электрона и протона не на расстояние , а на расстояние только ! Здесь необходимо рассматривать не перемещение электрона, как целого микрообъекта, а перемещение только его ЗАРЯДА! Другими словами, в этом случае заряд как бы "покидает" электрон, а на его месте остается его виртуальная оболочка (с определенными размерами в зависимости от начальной энергии и наличия последующих гамма квантов), получившая впоследствии название - НЕЙТРИНО, которое сохраняет бывший "спин электрона" и частично его энергию. При этом "масса покоя" электрона естественным образом переходит в энергию нейтрино и энергию гамма квантов. Рассмотрим энергетику процесса переноса заряда на протон. Работа по перемещению заряда будет равна величине:

МэВ,

где масштабная длина для нейтрона. Таки образом, здесь мы получили величину, отличающуюся только на 1МэВ от средней энергии связи нуклонов в ядре. Таким образом, "Кулоновский барьер" энергии в нейтроне имеет порядок величины, совпадающий со средней энергией связи нуклонов в ядрах, и поэтому именно нейтрон ответственный за стабильность ядер и дает тот масштаб энергий, связанный с "дефицитом массы" атомных ядер.

"Конфаймент нуклонов" и "ядерные силы"[править]

Основная специфика "ядерного вещества" состоит в том, что оно ведет себя подобно "капле", которая в меру возможностей пытается заиметь сферическую форму при постоянной плотности. Другими словами, нуклоны в ядре ведут себя подобно "несжимаемой жидкости", в отличие от микрочастиц, которые с увеличением энергии уменьшают свой "параметр длины". Это свойство в рамках "капельной модели" дает феноменологическую формулу для радиуса произвольного ядра в виде:

где м. Целостность ядерной капли, состоящей из нуклонов, по умолчанию обеспечивается "дефицитом массы" ядра по отношению к суммарной массе отдельных нуклонов:

,

где - масса реально существующего ядра. Энергия, эквивалентная дефекту массы, называется энергией связи ядра и равна:

.

Очевидно, что основная причина конфаймента нуклонов в ядре - это и есть потеря энергии, затраченной на сближение нуклонов (т.е. выполнение работы по сближению). Безусловно, "связь" между нуклонами в ядре может быть представлена в виде эффективных "ядерных сил", не зависимо от того существуют ли они в реальности. Например, взаимодействие между двумя нуклонами можно представить в виде нормализованных сил:

где . В силу того, что эта постоянная больше "постоянной тонкой структуры", то ядерные силы получили название "сильных", и даже было введено т.н. "сильное взаимодействие", хотя за этими качествами с точки зрения реальной Природы может ничего и не стоять. Более того, из факта "оболочечного описания" модели ядра, напоминающее оболочечную структуру атомов, совсем не следует наличие каких-либо "фундаментальных сил" (подобных к Кулоновским!), что стоят за этим описанием. Поскольку ядро состоит из множества нуклонов, то поэтому было бы наивно полагать, что проблема "многих тел" даже на квантовом уровне решаема на аналитическом уровне. Именно поэтому даже сегодня существует множество моделей ядра, которые описывают какой-либо частный его параметр, и в тоже время отсутствует "полная теория", которая с первичных позиций описывает все свойства атомных ядер.

К сожалению, проблема действительно существующего "ядерного конфайнмента" впоследствии была распространена на проблему тонкой структуры т.н. "элементарных частиц". Например, "единство" нуклонов (путем введения "барионного заряда") получило "объяснение" с помощью ведения т.н. "кварков", имеющих "дробные заряды". Впоследствии эта концепция была распространена и на другие "элементарные частицы", что еще более усугубило ситуацию "ложного пути"…

Природа микрочастиц[править]

В первой половине 20-го века древнегреческая концепция "атомизма" была подменена на концепцию "элементарности". В рамках концепции атомизма существует "неделимый" атом, а все более сложные материальные объекты формируются путем добавления атомов и связей… А в рамках концепции элементарности существует элемент "неограниченности" строения даже самих т.н. "элементарных частиц". Отсюда тщетные поиски кварков, глюонов и пр. виртуальных частиц, продуктов математических теорий. В рамках скейлингового подхода используется традиционный подход атомизма, т.е. признается существование микрочастиц ("атомов вещества"), которые в принципе не могут быть сведены к другим, более элементарным микрочастицам. Базовыми микрочастицами здесь являются следующие: электрон, протон, нейтрон (с натяжкой!), электронное нейтрино и фотон (в принципе любой бозон, связанный с колебаниями резонатора). Деление этих микрочастиц на более элементарные микрообъекты вещества уже не возможно, а только на "физические сущности" (которые выступают в качестве свойств). Например, в качестве таких неделимых сущностей выступают три физические величины: масса, заряд(берутся из масштабов материи) и спин (учитывает динамические свойства вообще и вращение в частности).

Таким образом, общая схема построения микрочастицы состоит в следующем. Масса микрочастицы задается внешними масштабами , которые могут базироваться на массе электрона и протона. Далее автоматически связывается характеристическая длина микрочастицы , из которой находим сферу, в которой она находится . Путем выполнения работы перемещаем масштабный заряд Стони на поверхность этой микрочастицы. И все…

Структура электрона[править]

Из вышесказанного следует, что электрон состоит из масштабной массы , взятой из Природного масштаба, и заряда Стони . Динамические свойства описывает полу целый спин. Здесь естественно возникает вопрос, а что случится, если к электрону приложить энергию, равную работе по перемещению заряда? Распадется ли электрон на составляющие его физические сущности (заряд, массу, и спин)? Очевидно, что нет! И дело здесь не в специфике физических сущностей, а в тривиальном несоблюдении "закона сохранения заряда"! Дело в том, что заряды не имеет энергии (в отличии от их электрического поля) и поэтому они могут только компенсироваться парами. Именно поэтому разложить электрон на физические сущности можно только с помощью механизма "аннигиляции".

.

В рамках данного процесса возникают два электронных нейтрино с противоположными спинами. Очевидно, что эти нейтрино являются частицей и античастицей. Поэтому возникает тривиальный вопрос, почему сами нейтрино не аннигилируют в этом процессе? Поскольку эксперименты указывают на наличие нейтрино, то мы можем сказать что "сечение аннигиляции" нейтрино весьма мало для энергий порядка массы электрона, хотя общего запрета здесь и не существует.

Структура протона[править]

Внутренняя структура протона отличается от внутренней структуры электрона только величиной "массы покоя", которая берется из другого Природного масштаба. Интерес здесь возникает только при процессе аннигиляции протона и антипротона. Действительно, почему мы не наблюдаем т.н. "протонные нейтрино", которые уносили бы спин протонов? Единственным ответом здесь может быть то, что сечение аннигиляции "протонных нейтрино" при этих энергиях настолько велико, что мы просто не успеваем их заметить! Более того, эти "протонные нейтрино" получили в последующем свое собственное название: "барионный заряд", который естественно может быть только скомпенсирован. И дело здесь не только в массе, которая здесь большая. Дело в том, что мю-мезонные и тау-мезонные нейтрино связаны с частицами, которые имеют массу значительно большую чем в электрона, но они ведь хорошо зарегистрированы на опыте, а "протонные нейтрино" - нет! Ответ лежит на поверхности: мезонные нейтрино имеют достаточно сложную внутреннюю структуру и поэтому сечение их аннигиляции пренебрежимо мало, а "протонное нейтрино" имеет простую внутреннюю структуру (подобную до электронного) и поэтому здесь сечение аннигиляции весьма велико.

Структура нейтрона[править]

В отличии от электрона и протона, нейтрон формируется не из масштабной массы (которой просто нет), а из перенесения электрического заряда на уже существующий протон. Но здесь возникает одна маленькая проблема: какая масса нейтрона свободного и связанного внутри ядра? Очевидно, что масса нейтрона внутри ядра должна отличаться от его массы в свободном состоянии, поскольку нейтрон внутри ядра стабилен, а в свободном состоянии распадается в течении 15 мин. Действительно, реальная масса свободного нейтрона превышает массу свободного протона на 2.5 электронные массы. Этот энергетический барьер недостаточен для обеспечения стабильности нейтрона в свободном состоянии и поэтому он распадается. Но внутри ядра нейтрон должен иметь массу другую, превышающую минимум в 5-10 электронных масс массу протона (для легких ядер больше, а для тяжелых меньше), что и обеспечит существующую энергию связи нуклонов внутри ядра. Таким образом, масса нейтрона не связана ни с каким природным масштабом материи. В лучшем случае существование свободных нейтронов в этом Мире приводит к некоторой размытости границы Природного масштаба, основанного на массе протона, которая не обнаружима при современном уровне развития техники.

Поскольку в настоящее время мы имеем не 5 микрочастиц, а целый "зоопарк" с различными характеристиками и массами (особенно), то возникает соблазн связи масс этих микрочастиц с новыми (промежуточными) уровнями материи… до сих пор строятся мощные ускорители микрочастиц (коллайдеры), работающие при криогенных температурах на сверхпроводниковых магнитах. И все эти усилия направлены на "подтверждение" очередной математической теории "элементарных частиц". В действительности целью всей этой тщетной суеты является поиск микрочастиц с массами хотя бы приближающимися к "Вселенскому микро масштабу" (о масштабе масс Планка и говорить нечего!). При этом тривиально "забывается", что подобные тяжелые микрочастицы нашему Миру просто не нужны! Дело в том, что микро- и мега- миры связаны "шыворот - навыворот". Другими словами, наименьшая электронная масса формирует огромный Мир, в котором находится много (миллионы) вселенных подобных нашей. В тоже время масштабная масса Планка всего лишь задает гравитационный радиус Бора, который используется при формировании планетных систем (даже не галактик)! Из этого совсем не вытекает, что получаемые тяжелые микрочастицы в супермощных коллайдерах - фикция, не имеющая к Природе никакого отношения (хотя если ударить человека по голове кирпичом, то еще и не такие искры посыпятся!). Эксплуатация "ударной методики Резерфорда" для исследования свойств микрочастиц, достаточно успешная на начальном этапе исследований, и приведшая к открытию основных микрочастиц, скорее всего уже исчерпала себя в 21-м веке. Сегодня нужно искать новые мотодологические посылки для постановки эксперниментов в этой области. Именно поэтому сегодня наблюдается расцвет исследования космических лучей и т.д.

Структура нейтрино[править]

В настоящее время в физике рассматриваются три типы нейтрино: электронные, мю- мезонные и тау- мезонные. Все они различаются не только "массой покоя", но и своей "внутренней структурой". Поскольку в нашем Мире при формировании материи используется тривиальное уравнение Шредингера, то мю- мезон может быть рассмотрен в качестве предельного случая атома "позитрония". Действительно, радиус Бора для позитрония будет зависеть от количества позитронов и электронов (уменьшается с увеличением!). Таким образом мю- мезон может быть представлен в виде 137 электронно-позитронных пар плюс один электрон или позитрон. При этом существует "дефект масс", который не обеспечивает стабильности даже для мю- мезона (не говоря уже об тау- мезоне!). Очевидно, что при распаде или аннигиляции мю- мезонов возникает мю- мезонное нейтрино, которое несет в себе информации об "внутренней структуре мезона. Именно поэтому это мезонное нейтрино отличается от электронного (практически не взаимодействует с ним) и имея даже большую начальную "массу" (тау- мезон), все равно не аннигилирует (подобно до "протонного нейтрино", которое в силу аннигиляции не наблюдается вообще!). Таким образом мезоны являются типичным тупиковым путем по создании вещества в нашем Мире, который так и не был реализован в силу его не перспективности и естественной ограниченности.

Структура фотона[править]

Как известно, фотон характеризуется определенной частотой волны (или длиной), которая связана с его энергий. Этой энергии можно приписать виртуальную массу (масса покоя фотона равна нулю). Фотоны возникаю в квантовых резонаторах, как результат изменения их внутреннего состояния (не важно каким образом это изменение вызвано). Фотоны обладают предельной скоростью распространения вещества в вакууме, равной "скорости света". Существующий физический вакуум, с комплексом фундаментальных постоянных, и задает предельное значение для скорости света. Это совсем не означает, что внутри квантовых гравитационных объектов (где мировые постоянные отличные от существующих значений) перемещение "примордиальной материи" также подчиняется указанному пределу.

Таким образом, наличие стабильного нейтрона внутри атомного ядра и нейтронных звезд, а также его нестабильность в свободном состоянии, является основным краеугольным камнем существования всего того разнообразия химических элементов в нашем Мире вообще и нашей Вселенной в частности. При отсутствии нейтронов наш Мир был бы несравненно беднее химическими элементами, а вопрос о "жизни" не существовал бы вообще.

• 1. Latest (2006) values of the constants [4]
• 2. Власов Н.А. Нейтроны. 2-е изд.М.:Наука,1971.-552с.

www.wikiznanie.ru

Нейтроны масса - Справочник химика 21

    В настоящее время (с 1961 г.) и в химии, и в физике (следовательно, во всем естествознании) принята общая единица атомной массы — углеродная — 1/12 массы изотопа углерода В системе СИ ее значение (1,6605655 0,0000086) 10 кг она называется атомной единицей массы — а. е. м.. Так как ядро атома углерода состоит из 12 нуклонов (6 протонов и 6 нейтронов), массы которых близки между собой 2 и приблизительно равны 1 а. е. м., то атомные массы атомов изотопов остальных элементов также близки к целым числам (при этом можно не учитывать электронов, масса каждого из которых приблизительно в 2000 раз меньше массы нуклона) Атомные массы элементов в зависимости от их природного изотопного состава могут сильно отличаться от целых чисел (см. периодическую таблицу на форзаце учебника). [c.31]     Прямая ОВ отвечает атомам с одинаковым числом протонов и нейтронов. Масса устойчивых атомов легких элементов (с [c.52]

    При захвате нейтрона масса атома увеличивается на единицу, т. е. [c.107]

    Рассмотрим столкновение между нейтроном массой т и ядром массой М. Опишем движение этих частиц в двух системах координат лабораторной и центра масс. Скорости этих частиц в лабораторной системе L) обозначим так t>o и Vq — соответственно скорости нейтрона и ядра перед соударением и Vg — соответственно скорости нейтрона и ядра после соударения. [c.50]

    ТРИТОН — ядро атома трития, обозначается Н, или 1. Состоит из одного протона и двух нейтронов. Масса 3,017. Используется как бомбардирующая частица в ускорителях заряженных частиц. [c.254]

    Рассмотрим основные свойства образующих атом частиц — электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны (нуклоны) образуют атомное ядро. Масса одного протона составляет 1,673-10 г. Нейтрон близок по массе протону. Электрон приблизительно в 1820 раз легче протона (нейтрона), масса электрона 9,108-10 г. Таким образом, основная масса атома сосредоточена в атомном ядре. Поскольку оперировать со столь малыми величинами масс не всегда удобно, массы атомных ядер, атомов, молекул чаще всего выражают не в граммах, а в специальных атомных единицах массы (а. е. м.). За атомную единицу массы принята углеродная единица, т. е. /12 массы атома основного изотопа углерода, ядро которого образовано из шести протонов и шести нейтронов 1 а. е. м.= ], 66057-кг. [c.22]

    Атом представляет собой сложную, но устойчивую систему, образованную элементарными частицами противоположного заряда. Атом в целом электронейтрален. Основная его масса сосредоточена в ядре. Ядро в свою очередь состоит из элементарных частиц протонов и нейтронов. Массы протона и нейтрона приблизительно равны протон заряжен положительно, нейтрон — нейтрален. Их обозначения + р — протон, — нейтрон (индекс слева от символа вверху обозначает массу, а внизу — заряд). [c.11]

    Стабилизация состояния нейтронов в ядре достигается, как полагают, за счет ядерных сил, обусловленных прежде всего обменом я-мезонами (пионами) между ядерными протонами и нейтронами. Масса я-мезонов всегда меньше массы протона и может достигать 200 масс электронов. [c.210]

    В 1933 г. была обнаружена электрически нейтральная частица, названная нейтроном. Масса ее оказалась почти равной массе протона. Нейтрон обозначается символом и. Протоны и нейтроны называются элементарными частицами, входящими в состав ядра атома. [c.30]

    Элементарные частицы характеризуются определенной массой и зарядом. Масса электрона равна / з, у. е., заряд —1. Масса протона 1 у. е., заряд +1. В 1932 г. была открыта новая элементарная частица — нейтрон. Масса нейтрона 1 у.е., заряд отсутствует — частица электрически нейтральна. [c.69]

    Атомная масса нейтрона Заряд нейтрона Масса нейтрона [c.12]

    ЯДР(3 Атомное, центральная массивная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов. Масса Я. а. примерно в [c.520]

    Тритий — радиоактивный изотоп водорода с массовым числом 3, ядро которого состоит из одного протона и двух нейтронов (символ Т, или Н), период полураспада 7 i/j= 12 лет, при распаде испускает Р-частицы. Незначительные количества Т. образуются в результате ядерных процессов. В промышленности Т. получают, облучая литий медленными нейтронами. Соединение Т. с кислородом (сверхтяжелая вода) получается при окислении трития в электрическом разряде. Известен также и ряд органических соединений Т. По своим химическим свойствам Т. отличается от обычного водорода неодинаковой скоростью реакций, вызванной разницей в массах. Т. используют как горючее в термоядерных бомбах и в ядерной энергетике. Кроме того, он применяется как радиоактивная метка в различных исследованиях (химических, биологических и др.), с помощью Т. можно определить происхождение осадков (дождей), узнать возраст метеорита или выдержанного вина и др. Тритон — ядро атома трития, обозначается Н. Состоит из одного протона и двух нейтронов. Масса 3,01646. Используется как бомбардирующая частица в ускорителях заряженных частиц, [c.138]

    Ядерные силы часто характеризуют энергией связи ядерных частиц, которая приписывается различию в массах этих частиц внутри ядра и в изолированном состоянии. Например, атом гелия состоит из двух электронов, двух протонов и двух нейтронов. Массы этих частиц в изолированном состоянии равны [c.428]

    На основании более глубокого анализа следует допустить, что ядро образовано положительно заряженными протонами и не имеющими заряда нейтронами. Масса нейтрона практически равна массе протона. Электронейтральность системы обусловлена тем, что число протонов в ядре равно числу внешних электронов. Эта характеристическая величина равна порядковому номеру элемента, определяющему его положение в периодической системе Менделеева. Содержащиеся в ядре нейтроны могут изменять лишь массу атома (изотопия), не оказывая существенного влияния на его химические свойства. [c.9]

    Прямая ОВ отвечает атомам с одинаковым числом протонов и нейтронов. Масса устойчивых атомов легких элементов (с атомной массой до 42) оказывается численно примерно вдвое большей, чем заряд ядра, например 2 Не, еС, вО, уС1, 1б5, Са, т. е. число протонов в них равно или примерно равно числу нейтронов . Но для более тяжелых атомов, как легко видеть из рис. 9, это соотношение меняется, и число нейтронов в ядрах этих атомов больше числа протонов. Нейтроны численно преобладают над протонами, в особенности у элементов последних рядов периодической системы. Так, ядро 92 -Г содержит 92 протона и 146 нейтронов, т. е. число нейтронов почти в 1,6 раза больше числа протонов. [c.52]

    Атомы разных элементов отличаются друг от друга массой, зарядом ядра и числом электронов. Атомное ядро очень мало, но строение его сложно. Оно состоит не только из положительно заряженных протонов, заряд которых равен заряду электрона, но, согласно гипотезе Д. Д. Иваненко и И, Е. Тамма, включают в свой состав нейтральные частицы — нейтроны. Масса протона в 1836,5 раза больше массы электрона и примерно равна массе нейтрона. [c.67]

    Нейтрон Масса 1839,0 Период полураспада 12 мин (1932 г.) [c.540]

    Нейтрона масса покоя 1,674-10-2 кг [c.13]

    Так как, за исключением редкого испускания запаздывающих нейтронов, масса при этом не меняется, то, как правило, для идентификации последовательности достаточно установить массу одного члена. Один общий метод идентификации состоит в нахождении члена, который получается также и в ядерных реакциях, известных из других источников. Например, важному семейству [c.68]

    Приведенное уравнение, выражая закон взаимосвязи массы и энергии, показывает, что выделение энергии сопровождается уменьшением массы данной системы и, наоборот, поглощение энергии сопровождается увеличением массы. Например, ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Масса протона 1,00757 у. е., масса нейтрона 1,00893 у. е. Если на основании этих данных подсчитать массу атомного ядра гелия, то она окажется равной 4,03300 у. е.г [c.44]

    На рис. 4.3 показано также ядро атома кислорода, состоящее из восьми протонов и восьми нейтронов. Масса ядра атома кислорода равна приблизительно 16 единицам массы. [c.90]

    Физические и химические свойства изотопов всех элементов, кроме водорода, практически одинаковы ведь для атомов, ядра которых состоят из нескольких протонов и нейтронов, не так уж п важно — одним нейтроном меньше или одним нейтроном больше. А вот ядро атома водорода — это один единственный протон, и если к нему присовокупить нейтрон, масса ядра возрастет почти вдвое, а если два нейтрона — втрое. Поэтому легкий водород (протий) кипит при минус 252,6° С, а температура кипения его изотопов отличается от этой величины на 3,2 (дейтерий) и 4,5 (тритий) градуса. Для изотопов это очень большое различие  [c.27]

    Например масса ядра Ве , найденная экспериментально, равна 9,01504. (За единицу принимается Vie от массы ядра изотопа кислорода— так называемая атомная единица ,) Это ядро состоит из четырёх протонов и пяти нейтронов. Масса протона равна (в тех же атомных единицах) 1,00813, а масса нейтрона—1,00897. Сумма масс четырёх протонов и пяти нейтронов  [c.311]

    Лучи полония, имеющие энергию 1,8 10 электрон-вольт, были не в состоянии вызвать это расщепление, но лучи тория С" с наибольшим полученным до сих пор запасом энергии (2,62 10 электрон-вольт) оказались в данном случае вполне эффективными. Энергия получающегося протона найдена равной приблизительно 0,25 10 электрон-вольт. Предполагая, что нейтрон, масса которого почти равна массе протона, обладает одинаковой с ним энергией, можно рассчитать, что для расщепления дейтона требуется 2,62—0,5 = 2,12-10 электрон-вольт. [c.13]

    Структура нейтрона и атомного ядра. Когда открыли нейтрон, то считали его комбинацией электрона и протона в одной частице в этом случае он должен был бы иметь массу меньше массы водородного атома на величину энергии связи протона и электрона внутри нейтрона. Масса последнего, однако, или равна или больше массы водородного атома. Согласно современной квантовой механике атом водорода является, кроме того, единственной возможной комбинацией протона и электрона, поэтому теперь общепринято считать нейтрон индивидуальной и основной частицей, не состоящей из других известных единиц. [c.13]

    Эта закономерность объясняется просто. Атомные ядра построены из протонов и нейтронов, массы которых почти точно одинаковы поэтому массы всех атомных ядер кратны массе протона и, соответственно этому, атомные веса отдельных изотопов кратны атомному весу водорода (ядро которого состоит из одного протона), т. е. приблизительно единице. Отступления атомных весов от целых чисел, если они значительны, указывают на то, что элемент состоит из смеси изотопов в соизмеримых количествах. Например в природном хлоре содержится 76 /о и 24 /о l что объясняет его атомный вес 35,456 (в химической шкале). [c.27]

    С не имеющей свободного заряда элементарной частицей — нейтроном, масса которой приблизительно равна массе водородного ядра. Существование таких самостоятельно передвигающихся нейтронов было также недавно обнаружено ( 67). [c.75]

    Изучая на фотографиях следы ядер отдачи атомов различных элементов, можно было рассчитать скорость и массу нейтрона. Масса его оказалась почти равной массе протона. [c.166]

    Нейтрон, масса покоя [c.154]

    Мультиплетность Нейтрон, масса покоя Объем [c.177]

    По современным представлениям, атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена вся масса атома, и электронного облака, образованного движущимися вокруг ядра электронами. В состав ядра входят положительно заряженные протоны (масса 1,007276 у. е. заряд 1,602-10" Кл) и нейтроны (масса 1,008665 у. е. заряд отсутствует). Суммарное количество протонов и нейтронов равно массовому числу элемента. Силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными. Так как атом в целом нейтрален, то суммарный заряд протонов (заряд ядра) равен суммарному заряду электронов. Заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Например, порядковый номер лития 3, следовательно, заряд ядра лития равен -[-3, число электронов в атоме также 3 или массовое число лития равно 6, следовательно, в ядре лития имеются 3 нейтрона. [c.8]

    Атом состоит из положительно заряженного ядра, которое окружено таким числом отрицательно заряженных электронов, что в целом атом оказывается электрически нейтральным. Ядро в свою очередь состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов масса каждой из этих частиц пpибJ изитeльнo равна 1 а.е.м. Масса электрона приблизительно равна 1/1836 части массы протона заряд электрона равен по величине, но противоположен по знаку заряду протона. Суммарное число протонов в ядре (и электронов в нейтральном атоме) называется атомным номером 2. Суммарное число протонов и нейтронов в атоме называется [c.51]

    В заключение отметим, что природный водород имеет три изотопа — протий Н, дейтерий (О , тритий 1Т . Обычно физические и химические свойства изотопов вйех элементов, кроме водорода, практически одинаковы для атомов, ядра которых состоят из нескольких протонов и нейтронов, почти не сказывается разница в один, два нейтрона. Но у водорода снова особенность — ведь ядро атома состоит из одного-единственного протона, и если к нему добавляется нейтрон, масса ядра возрастает вдвое (10 ), а если два нейтрона — втрое (1Т ). Поэтому все изотопы водорода сильно отличаются по своим свой-С1вам, например температура кипения протия составляет (—252,8 ), дейтерия (—249,5°), трития (—248,3°). Более того, для изотопов водорода заметны различия и в химических свойствах, проявляющиеся главным образом в изменении скорости протекания химических реакций. Например, при электролизе воды разлагаются на водород и кислород в первую очередь молекулы обычной воды НгО, а молекулы тяжелой воды ОгО накапливаются в остатке. [c.284]

    Как уже отмечалось, при воздействии на смазочные материалы быстрых нейтронов (0,5—20 Мэе) имеют место упругие соударения нейтронов с ядрами и последующая ионизация среды ядрами отдачи. При этом, чем ближе по величине к массе нейтрона масса атомов вещества, тем ббльщую часть энергии передает нейтрон ядру отдачи и, следовательно, тем большую ионизацию в среде произведет ядро отдачи. [c.243]

    ТРИТОН — ядро атома трития, обозначается Н , или 1. Состоит из одного протона и двух нейтронов. Масса 3,01700 массовых единиц, средняя энергия связи частиц 2,78 Мэе. Спин Т. равен 1/2, магнитный момент (х=2,9788 ядерных мегнетонов. Используется как бомбардирующая частица в ускорителях заряженных частиц. в. и. Барановский. [c.135]

    Согласно современным представлениям, атомное ядро содержит микрочастицы двух типов протоны и нейтроны. Массы протона и нейтрона, выраженные в атомных единицах массы (см. ниже), близки к единице и примерно в 1840 раз превышают массу электрона. Отсюда следует, что вся масса атома практически сосредоточена в его ядре (плотность вещества атомных ядер достигает г1см ). [c.11]

    Скорость нейтрона. Это предположение может быть частично подтверждено путем рассмотрения масс и скоростей участвующих частиц. Можно принять ядро бериллия состоящим из двух а-частиц и одного нейтрона тогда атомный вес изотопа Ве будет равен 2 4,00216 - - , где л выражает массу нейтрона масса атома гелия, соответствующего связываемой а-час-тице, равна 4,00216, а ее кинетическая энергия эквивалентна 0,00565 единицам атомного веса в сумме получается масса, до расщепления равная 12,01213-Ь Атомный вес с равен [c.11]

    В ядрах атомов протия, дейтерия и трития содержится различное число нейтронов — О, 1 и 2 соответственно. Поэтому атомные массы этих атомов также сильно отличаются. Масса атома складывается из массы входящих в состав ядра протонов (он 1 для всех изотопов водорода) и массы нейтронов. Масса атома дейтерия примерно в 2 раза больше массы атома протия. Соответственно, массовая доля элемента водорода в дейтерированном метане будет в два раза больше, чем в обычном, недейтерированном метане. [c.230]

chem21.info

СТРУКТУРНАЯ СВЯЗЬ НА "ПРИРОСТЕ МАСС"

 

А.А.Гришаев, независимый исследователь

 

 

Введение.

Проблема массы нейтрона – это вопиющая проблема в физике. Распад нейтрона свидетельствует о том, что строение нейтрона обеспечивается не с помощью дефекта масс. Действительно, продуктами распада нейтрона являются протон и электрон (и, как полагают, ещё антинейтрино, масса которого пренебрежимо мала). Масса же свободного нейтрона, как полагают, больше массы свободного протона на 2.5 массы электрона [1]. Выходит, что масса нейтрона на полторы массы электрона больше суммы масс стабильных продуктов своего распада. Тогда, по традиционной логике, нейтрон должен быть весьма нестабильным объектом. И если, для объяснения продолжительного существования нейтронов в атомных ядрах, можно допустить действие какого-нибудь стабилизирующего механизма, то свободный нейтрон обязан распадаться за время, сравнимое с характерными ядерными временами – т.е., по практическим меркам, мгновенно. Между тем, измерения среднего времени жизни нейтронов, вылетающих из атомных котлов, дают величину около 12 мин (см., например, [1]).

Нелепость данной ситуации может быть устранена лишь достаточно радикальным образом: например, мы обнаружим, что масса нейтрона была определена некорректно – или осознаем, как структура из пары элементарных частиц может удерживаться благодаря не дефекту масс, а, наоборот, приросту. В данной статье мы излагаем представления, в которых реализовались обе названные возможности. Согласно этим представлениям, масса нейтрона превышает сумму масс протона и электрона на половину массы электрона, т.е. масса нейтрона на одну массу электрона меньше принятого значения. При этом компоненты, связанные в нейтроне, удерживаются благодаря описываемому ниже механизму, следствием работы которого является именно прирост масс, равный половине массы электрона.

Предлагаемый подход не только устраняет проблему «масса-стабильность нейтрона», но и проясняет, в частности, происхождение антипротонов, а также открывает перспективы для построения простой универсальной модели ядерных сил.

 

Ненадёжность принятого значения массы нейтрона.

Фундаментальным методом нахождения масс микрочастиц является измерение их удельного заряда, т.е. отношения заряда к массе, с помощью масс-спектрометров (см., например, [2]). Масса нейтральной частицы не может быть найдена таким способом.

Открыватель нейтрона Чедвик устранил проблемы с законами сохранения энергии-импульса для случая проникающего излучения, возникающего при бомбардировке бериллия a-частицами – допустив, что это излучение является не высокоэнергичными g-квантами, как полагали ранее, а потоком нейтральных частиц с массами, близкими к массе протона (см., например, [3]). Это допущение Чедвик подкрепил расчётом, основанном на сопоставлении максимальных скоростей отдачи, сообщаемых атомам водорода и азота нейтронами при лобовом столкновении. Этот расчёт дал для нейтрона массу 1.15 [3] (значения масс мы приводим в единицах использовавшейся до 1961 г. кислородной шкалы – по отношению к О16). Значительное превышение этой величиной массы протона, 1.00768 (при массе электрона в 0.00055), было связано, как полагают, со значительными, 10-процентными, погрешностями измерения скоростей отдачи; этот первый результат Чедвика говорил лишь о том, что массы нейтрона и протона близки друг к другу [3].

Более точные вычисления массы нейтрона выполнялись через энергиетические балансы ядерных реакций. Так, Чедвик проанализировал реакцию испускания нейтронов бором при его бомбардировке a-частицами:

B11 + He4® N14 + n1.

При этом в энергетический баланс были включены массы всех четырёх участников, а также кинетические энергии a-частицы, атома азота и нейтрона – результирующая масса нейтрона составила 1.0067 [3], что меньше (!) массы протона. Ещё меньшее значение, 1.0063, получили авторы [4], на основе анализа реакции распада на a-частицы ядер лития при бомбардировке их дейтронами:

Li7 + h3® 2He4 + n1 .

Максимальное же значение массы нейтрона, полученное через энергетические балансы, составило, судя по сводке результатов в [3], 1.0090, причём доверительные интервалы у минимального и максимального значений далеко не перекрывались. Это было обусловлено, на наш взгляд, двумя методологическими ошибками. Во-первых, в энергетический баланс включались как массы частиц, так и их кинетические энергии. На наш взгляд, такой подход некорректен, поскольку кинетическая энергия не является «довеском» к массе: согласно принципу автономных превращений энергии [5], наличие у частицы кинетической энергии означает, что её масса уменьшена на эквивалентную величину. Учёт же кинетической энергии прибавлением её к массе частицы являлся, на наш взгляд, одной из главных причин систематических расхождений между значениями масс изотопов, полученными в масс-спектроскопии и через балансы энергии ядерных превращений [6]. Во-вторых, не принималось в расчёт, что промежуточное или конечное ядро могло при своём формировании оказаться в возбуждённом состоянии и, соответственно, излучить g-квант – тогда энергетический баланс был бы неполным, поскольку использовавшиеся значения масс элементов были получены для основных состояний их ядер.

Оба этих источника ошибок отсутствуют в способе нахождения массы нейтрона через измерение энергии связи дейтрона – при известных массах атома водорода и дейтерия (1.0078 и 2.0136 соответственно [7]). Об энергии связи здесь можно судить, зная энергию g-кванта, вызывающего фотораспад дейтрона. Чедвик и Голдхабер [7] использовали излучение с энергией 2.62 МэВ, заведомо превышающей искомую энергию связи. Считалось, что разность между энергией g-кванта и энергией связи полностью превращалась в кинетические энергии освобождаемых протона и нейтрона – причём, из-за близости масс протона и нейтрона, эти энергии считались одинаковыми. Таким образом, требовалось измерить лишь энергию, например, протона распада – что делалось с помощью ионизационной камеры. При найденном значении этой энергии примерно в 250 кэВ, результирующая величина массы нейтрона составила 1.0080±0.0005 [7]. О таком же значении сообщили Изинг и Хелде [8], использовавшие ту же методику. Но и здесь не обошлось без разброса результатов: несколько позднее Чедвик, Физер и Бретчер опубликовали значение 1.0090 [3].

Едва ли можно сомневаться в том, что этот разброс результатов был обусловлен, в основном, несовершенством такого измерительного прибора, как ионизационная камера. Но, для единства измерений и вычислений в ядерной физике, требовалось уменьшить неопределённость в значении массы нейтрона. Своеобразие ситуации заключалось в том, что, для уменьшения этой неопределённости, можно было приписать нейтрону любое значение массы, не выходившее за пределы имевшегося на то время разброса в пару масс электрона. При небольшой ошибке приписанной нейтрону массы, энергии связи ядер тоже были бы известны с соответствующими небольшими ошибками – но зато единообразно. В этом, по-видимому, и заключалась причина того, что уменьшение неопределённости массы нейтрона было осуществлено не через увеличение точности измерений, а, фактически, волевым актом, выполненным теоретиком Бете [9]. Он сделал расчёт массы нейтрона на основе самых достоверных, с его точки зрения, параметров и переводных коэффициентов, и привёл анализ погрешностей – однако, не пояснил, отчего разброс результатов измерений по одной и той же методике, выполненных на различных установках, на порядок превышал вычисленный им доверительный интервал. Но поскольку предложенное Бете значение, 1.00893±0.00005 [8], обеспечивало единство измерений и вычислений на многие годы вперёд, его-то и включили в справочные издания (см., например, [2]) – а впоследствии, при переходе на углеродную шкалу атомных весов [10], внесли в него соответствующую поправку.

Следует добавить, что, после принятия значения Бете, неоднократно сообщалось о согласующихся с ним результатах новых измерений энергии связи дейтрона, дававших значения около 2.22 МэВ. Эти результаты принимались некритично – а ведь там имелись основания для сомнений.

Так, Хэнсон [11] расщеплял дейтерий g-квантами либо из ториевого источника (2.623 МэВ), либо – из лантанового (2.3 МэВ). Некоторые из нейтронов распада, выйдя из ёмкости с дейтерием и пройдя сквозь свинцовую защиту, попадали в пропорциональный счётчик; там нейтрон мог передать свою энергию протону наполнителя – и счётчик генерировал электрический импульс с соответствующей амплитудой. Считалось, что максимальная измеренная энергия протона равна энергии нейтрона распада, и что вычитание её удвоенного значения из энергии исходного g-кванта давало искомую энергию связи дейтерия. Но, обратите внимание: указав, что «на большей части измерений, наполнителем счётчика был водород или дейтерий», автор далее не уточнял, с каким конкретно из этих наполнителей он получал свои результаты. А ведь они должны были различаться: если, в случае наполнителя-водорода, нейтрон распада передавал энергию действительно протону, то, в случае наполнителя-дейтерия, нейтрон передавал энергию дейтрону, масса которого вдвое больше массы протона. Во втором случае энергия, которую детектировал бы пропорциональный счётчик, составляла бы не более 8/9 от энергии нейтрона распада – и это при абсолютно упругом столкновении нейтрона с дейтроном. Но ведь не было гарантий, что эти столкновения были абсолютно упругими – часть энергии нейтрона могла превращаться в энергию возбуждения дейтрона, которую счётчик игнорировал бы. Вот почему результаты работы [11] вызывают у нас недоверие – тем более что найденная энергия связи дейтрона составила 2.229 МэВ для случая ториевого источника и 1.998 для случая лантанового, так что вторую из этих цифр автор даже не внёс в итоговую таблицу.

Далее, классическими считаются эксперименты Белла и Эллиота [12], которые утверждали, что прямо измерили энергию g-квантов, излучаемых при соединении нейтрона и протона в дейтрон. Поток тепловых нейтронов из атомного реактора направлялся в парафиновую болванку, где происходил синтез дейтронов, т.е. реакция h2(n,g)D2. Характеристическое g-излучение коллимировалось на лоскуток урановой фольги. Считалось, что g-квант выбивал из атома урана один из наиболее сильно связанных электронов – например, из К-оболочки – и что искомая энергия g-кванта равнялась сумме кинетической энергии выбитого электрона и его энергии связи в атоме урана. Измерения же кинетической энергии выбитых электронов делались с помощью двухкатушечного бета-спектрометра, причём эти измерения были не абсолютными, а относительными – через отношение к энергии таких же электронов, выбиваемых g-квантами с калиброванной энергией, 2.615 МэВ. Здесь у нас вызывает сомнения допущение о том, что g-квант с энергией в два с лишним МэВ способен воздействовать непосредственно на атомарный электрон. Можно допустить, что на такое непосредственное воздействие ещё способен квант, энергия которого не превышает суммы энергии связи электрона в атоме и предельной кинетической энергии освобождённого электрона, которая составляет, на наш взгляд, около 170 кэВ [5] – но кванты с энергиями, большими этой суммы, должны воздействовать только на ядро. О верности именно такого подхода с очевидностью свидетельствует огромная ширина полученных в [12] энергетических пиков для электронов, выбитых с К- и L-оболочек. При достаточно высоком разрешении бета-спектрометра, эта ширина (~60 кэВ) совершенно нетипична для атомных уровней энергии, но как раз типична для полных ширин ядерных линий [13]. Это говорит о том, что бета-спектрометром измерялась энергия конверсионных электронов. Т.е., g-квант – как измеряемый, так и калибровочный – поглощался ядром урана, возбуждение которого снималось, например, через каскадное излучение вторичных g-квантов, лишь один из которых выбивал конверсионный электрон. При этом не было гарантий, что такое выбивание, в случаях измеряемого и калибровочного квантов, происходило в результате излучательных ядерных переходов на один и тот же уровень. И тогда, относительные измерения бета-спектрометром не могли дать информацию об истинном значении энергии измеряемого кванта – а, значит, и об энергии связи дейтрона.

Далее, упомянем работу Мобли и Лаубенстейна [14], которые утверждали, что измерили пороговую энергию фоторасщепления дейтрона. Необходимое для этого излучение, как считалось, имело тормозной характер, возникая в результате взаимодействия высокоэнергичного пучка электронов с золотой мишенью. Рождавшиеся, якобы, при этом рентгеновские кванты – с энергиями вплоть до двух с лишним МэВ – попадали в ёмкость с тяжёлой водой. Нейтроны, освобождаемые там, якобы, при фотораспаде дейтерия, могли преодолеть свинцовую защиту и попасть в пропорциональный счётчик, который использовался не как измеритель энергии нейтронов, а просто как их детектор. Об энергии связи дейтрона судили по энергии электронов пучка (~2.23 МэВ), при которой начинался рост числа нейтронов, детектируемых счётчиком. Как можно видеть, у авторов [14] имеется несколько весьма спорных допущений. Если электрон может иметь энергию в несколько МэВ, то почему было не найти пороговую энергию распада дейтрона, обойдясь без генерации тормозного излучения – используя электронный удар? Дело, оказывается, в том, что электроны не инициируют ядерных реакций [15]. Эту загадочную особенность мы объясняем тем [5], что кинетическая энергия электрона не может превышать трети его массы покоя, т.е. примерно 170 кэВ – значит, энергия электрона всегда меньше самых низких порогов ядерных реакций. Весьма курьёзно, что авторы [14] выполнили калибровку энергии первичных частиц с протонным пучком – по известному порогу (1.882 МэВ) реакции Li7(p,n) – а измерения проводили с электронным пучком, полагая, что одинаковое ускоряющее напряжение сообщает одинаковую энергию как протону, так и электрону. На наш взгляд, в данном случае это неверно: иметь энергию в несколько МэВ протон может, а электрон – нет [5]. И тогда в работе [14] электроны никак не могли генерировать тормозные фотоны с энергиями в два с лишним МэВ – а, значит, и порог фотораспада дейтрона не мог быть измерен.

Суммируя вышеизложенное, мы не усматриваем надёжных экспериментальных свидетельств о том, что масса нейтрона больше массы протона именно на 2.5 массы электрона. Действительная разность масс нейтрона и протона вполне может составлять 1.5 массы электрона – как это следует из излагаемых ниже представлений.

 

Квантовые пульсации и связь «на дефекте масс».

Наши представления о нуклонах являются следствием концепции, согласно которой вещество на фундаментальном уровне имеет «цифровую», а не «аналоговую» природу. Эта «цифровая» природа свидетельствует, на наш взгляд, о том, что существуют специальные программные предписания, которые формируют элементарные частицы в физическом мире и задают их физические свойства, включая всевозможные варианты взаимодействий, в которых они могут участвовать.

Базовым понятием этой концепции является понятие квантового пульсатора [16], физической реализацией которого является, например, электрон. Напомним, что квантовый пульсатор – это истинно элементарная частица вещества, которая характеризуется циклической сменой всего двух состояний. Собственная частота f свободного квантового пульсатора, его же собственная энергия E и его масса m связаны соотношением де Бройля [17]: E=hf=mc2, где h – постоянная Планка, c – скорость света. Как можно видеть, частота квантовых пульсаций электрона составляет около 1.24×1020 Гц. Эту частоту мы называем электронной: наличие у частицы пульсаций на электронной частоте означает наличие у неё электрического заряда; знак же заряда определяется фазой пульсаций – разноимённые заряды пульсируют в противофазе [18]. Временную развёртку квантовых пульсаций можно проиллюстрировать меандром, т.е. прямоугольной волной; следует лишь иметь в виду, что амплитуда этой волны не имеет физического смысла – это подчёркивается тем, что энергия квантовых пульсаций зависит только от их частоты.

Квантовые пульсации могут быть промодулированы по «амплитуде» - со стопроцентной глубиной. Такая модуляция означает, фактически, циклическое прерывание квантовых пульсаций, т.е. их циклическое «включение-выключение». Как отмечалось ранее [5], энергия модулированных квантовых пульсаций меньше, чем немодулированных, и равна h(f-W), где W - частота модуляции; соответственно, меньше и масса частицы.

Как мы полагаем, атомные структуры формируются благодаря противофазным прерываниям электронных пульсаций у атомарного электрона и у соответствующего ему положительного заряда ядерного протона. Такие прерывания двух пульсаторов порождают специфическую форму движения: циклические перебросы состояния, при котором пульсации «включены» – из точки нахождения одного пульсатора в точку нахождения другого, и обратно. Эта форма движения обладает некоторой энергией, зависящей от расстояния, на которое производятся циклические перебросы состояния. Если эта энергия появляется именно за счёт убыли собственной энергии пульсаторов, обусловленной их прерываниями, то эти два пульсатора вынуждены находиться на вполне определённом расстоянии друг от друга – в этом, как мы полагаем, и заключается природа связи «на дефекте масс» [5].

Такой подход выглядит предпочтительнее подхода официальной физики, в которой объяснение дефекта масс до сих пор отсутствует – что обусловлено, на наш взгляд, необоснованным допущением универсальности эйнштейновского выражения E=mc2. Действительно, считается, что это выражение справедливо для любой формы энергии. Но тогда, в случае с энергией связи «на дефекте масс», выходит казус. Если эта энергия связи, как казалось бы, положительна, то должен иметь место не дефект масс, а, наоборот, прирост. Если же она отрицательна, то и эквивалентная ей масса должна быть отрицательна – но, насколько нам известно, масса является принципиально положительной величиной. Разгадка, на наш взгляд, весьма проста: массе эквивалентна не любая форма энергии, а одна-единственная: собственная энергия квантового пульсатора [16]. Потому и обнаруживается «дефект масс», что энергия связи, которая массе не эквивалентна, появляется за счёт убыли собственной энергии связуемых квантовых пульсаторов.

 

Нейтрон: связь «на приросте масс».

Протон, на наш взгляд, является квантовым пульсатором, имеющим модуляцию с электронной частотой и фазой положительного заряда; несущую же частоту протона можно определить из того условия, что масса протона соответствует частоте, равной разности несущей и электронной частот – при этом несущая составляет около 2.27×1023 Гц. Заметим, что масса протона меньше массы, соответствующей несущей, не из-за «дефекта масс». В протоне нет никаких суб-частиц: нельзя сказать, что он является соединением, например, массивного керна и позитрона. Названное уменьшение массы обусловлено всего лишь прерываниями несущей с электронной частотой – положительный заряд оказывается не присоединён, а как бы «вшит» через модуляцию.

Нейтрон же, на наш взгляд – это именно соединение, но такое соединение, состав участников которого циклически обновляется: пара «протон плюс электрон» принудительно сменяется парой «позитрон плюс антипротон», и обратно. Диаграмма иллюстрирует фазировки у двух «дорожек» результирующих квантовых пульсаций. Огибающая одной из этих дорожек задаёт положительный электрический заряд, а огибающая другой – отрицательный; высокочастотное же заполнение (несущая) перебрасывается из одной огибающей в другую – с частотой, вдвое меньшей электронной. На тех периодах электронной частоты, когда несущая находится в «положительной дорожке», составляющей нейтрон парой являются протон и электрон, а на тех периодах, когда несущая находится в «отрицательной дорожке» - позитрон и антипротон.

Как можно видеть, перебросы несущей из одной огибающей в другую – это циклическая смена состояний, которая обладает определённой энергией. Заметим, что эта энергия появляется не за счёт уменьшения собственных энергий участников процесса: она

 

добавляется к их собственным энергиям – отчего результирующая масса системы должна увеличиться на соответствующую величину. По логике концепции квантовых пульсаций, энергия циклических смен двух состояний равна произведению постоянной Планка на частоту этих смен. Поскольку, в рассматриваемом случае, эта частота вдвое меньше электронной, то результирующий прирост массы, по сравнению с суммой масс протона и электрона, должен составлять половину массы электрона. Теперь заметим, что энергия циклических смен пар, составляющих нейтрон, и энергия циклических пространственных перебросов несущей между «положительным» и «отрицательным» пульсаторами – это одна и та же энергия. А поскольку энергия циклических пространственных перебросов зависит от расстояния, на которое они производятся, то два пульсатора, составляющие нейтрон, обязаны находиться на определённом расстоянии друг от друга. Таким образом мы и объясняем природу связи «на приросте масс», благодаря которой существуют нейтроны. Используя формулы статьи [5], можно оценить расстояние, которое должно разделять центры двух пульсаторов в нейтроне: оно составляет ~2.8×10-15 м.

Как можно видеть, в нейтроне всегда присутствуют единичные разноимённые заряды, которые компенсируют друг друга – потому нейтрон электрически нейтрален. Вместе с тем, эти заряды образуют электрический диполь, у которого дипольный момент циклически инвертируется. Этим, на наш взгляд, и объясняется загадочная способность нейтрона к слабому участию в электромагнитных взаимодействиях – отчего наблюдается, например. пространственная селекция летящих нейтронов в сильных неоднородных электрических и магнитных полях.

Подчеркнём, что связь «на приросте масс» имеет принципиальное отличие от связи «на дефекте масс»: свободный нейтрон нельзя расщепить на составляющие с помощью, например, g-кванта – нейтрон не может его поглотить, т.к. нейтрону «некуда» возбуждаться. Вместе с тем, энергия связи в нейтроне должна быть превращаема в другие формы энергии – согласно закону сохранения энергии. Поэтому, при распаде свободного нейтрона, энергия связи в нём должна превращаться, на наш взгляд, в энергию g-излучения – но никак не в энергию антинейтрино (напомним, что гипотеза о нейтрино понадобилась, чтобы спасти закон сохранения релятивистского импульса, который с очевидностью нарушался при бета-распаде [16]). Что же касается причины распада свободного нейтрона, то она остаётся непонятна, поскольку, по логике вышеизложенного, даже при «приросте масс» нейтрон должен быть вполне стабильным объектом. Возможно, разгадка этой проблемы связана с тем, что вывод о нестабильности свободного нейтрона был сделан на основе экспериментов лишь с нейтронами, вылетающими из атомных котлов [1,19] – нельзя исключить, что такие нейтроны, освобождаемые при распадах тяжёлых ядер, имеют какую-то особенность.

 

Небольшое обсуждение.

Вышеизложенные представления о нейтроне позволяют нам предложить более простые – и, на наш взгляд, более реалистичные – интерпретации некоторых ключевых экспериментов в физике элементарных частиц.

Так, согласно традиционным представлениям, ядра природных изотопов состоят из протонов и нейтронов – и, в частности, там нет и не может быть антипротонов. Считается, что антипротон может родиться при достаточно высокой энергии столкновения частиц – причём, родиться в паре с протоном, чтобы были соблюдены законы сохранения [20]. Полагают, что именно такие рождения пар протон-антипротон происходили в эксперименте открывателей антипротона [21], которые направляли высокоэнергичные протоны на медную мишень и, среди продуктов реакции, регистрировали частицы, имевшие массу протона и отрицательный электрический заряд. Этот эксперимент считается также блестящим подтверждением специальной теории относительности, поскольку пара протон-антипротон рождалась, якобы, за счёт кинетической энергии исходного протона.

Но, на наш взгляд, о «блестящем подтверждении» здесь говорить не приходится. Ведь если верны вышеизложенные представления, то, в течение половины времени существования нейтрона, в его состав входит антипротон. Тогда проще допустить, что антипротоны не рождались, а выбивались из ядер мишени – при расщеплении ядерного нейтрона на антипротон и позитрон в результате воздействия, произошедшего на соответствующем полупериоде циклических превращений в нейтроне. При этом, конечно, ядро должно было превращаться в другой изотоп – а, по ортодоксальной версии, оно должно было оставаться прежним. Соответствующего анализа не проводилось, и данные о том, изменялось ядро или нет, отсутствуют. Поэтому нельзя считать доказанным, что антипротон рождался за счёт кинетической энергии исходного протона; версия же с выбиванием антипротона из ядра выглядит, на наш взгляд, гораздо правдоподобнее.

Добавим, что аналогично тому как протон и антипротон отличаются друг от друга тем, что имеют противоположные фазы прерывания несущей, нейтрон и антинейтрон отличаются друг от друга тем, что имеют противоположные фазы циклических превращений пар, входящих в их состав. Впрочем, в отличие от случая фиксированной фазы прерываний, задающей положительный или отрицательный электрический заряд, фаза циклических превращений пар в нейтроне не обязана быть фиксированной и может «плавать» – поэтому разница между понятиями «нейтрон» и «антинейтрон» является, на наш взгляд, весьма условной.

 

Заключение.

Поскольку у составных атомных ядер всегда имеется дефект масс, то значения массы нейтрона и энергии связи ядер оказываются взаимозависимы: если мы осознаем, что следует уменьшить значение массы нейтрона, то – при тех же самых значениях масс изотопов – придётся соответствующим образом уменьшить и значения энергии связи ядер. При уменьшении значения массы нейтрона на одну массу электрона, соответствующее уменьшение энергии связи на нуклон было бы особенно значительно для лёгких ядер, достигая у дейтрона 23%. Но для средних и тяжёлых ядер это уменьшение не превысило бы 4% - и здесь зависимость энергии связи на нуклон от атомного номера почти не изменила бы свой вид.

Впрочем, не коррекция энергий связи ядер была главной целью данной статьи. Как мы полагаем, неадекватность традиционных представлений о нейтроне является одной из главных причин того, что до сих пор не было предложено простой универсальной модели ядерных сил. А вышеизложенные представления открывают перспективы для построения такой модели; эту тему мы намереваемся обсудить в другой статье.

 

Ссылки.

 

1.                       К.Н.Мухин. Экспериментальная ядерная физика. В 2-х томах. Т.1, «Физика атомного ядра». М., «Атомиздат», 1974.

2.                       Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э.Сегре. В 3-х томах. Т.1. М., «Изд-во иностранной литературы», 1955.

3.                       Д.Д.Странатан. «Частицы» в современной физике. М.-Л., «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», 1949.

4.                       C.C.Lauritsen, H.R.Crane. Phys.Rev., 45 (1934) 550.

5.                       А.А.Гришаев. Автономные превращения энергии квантовых пульсаторов – фундамент закона сохранения энергии. – Доступна на данном сайте.

6.                       H.Bethe. Phys.Rev., 47 (1935) 633.

7.                       J.Chadwick, M.Goldhaber. Nature, 134 (1934) 237.

8.                       G.Ising, M.Helde. Nature, 137 (1936) 273.

9.                       H.A.Bethe. Phys.Rev., 53 (1938) 313.

10.                    В.А.Кравцов. Массы атомов и энергии связи ядер. М., «Атомиздат», 1974.

11.                    A.O.Hanson. Phys.Rev., 75 (1949) 1794.

12.                    R.E.Bell, L.G.Elliott. Phys.Rev., 79 (1950) 282.

13.                    Э.В.Ланько, Г.С.Домбровская, Ю.К.Шубный. Вероятности электромагнитных переходов атомных ядер. «Наука», Л., 1972.

14.                    R.C.Mobley, R.A.Laubenstein. Phys.Rev., 80 (1950) 309.

15.                    Г.Кноп, В.Пауль. Взаимодействие электронов и a-частиц с веществом. В кн.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, т.1. Пер. с англ. под ред. К.Зигбана. М., «Атомиздат», 1969.

16.                    А.А.Гришаев. Масса, как мера собственной энергии квантовых осцилляторов. – Доступна на данном сайте.

17.                    Н.Е.Невесский. О законе фазовой гармонии Луи де Бройля. Веб-ресурс: http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/nevessky_o_zakone .

18.                    А.А.Гришаев. Разноимённые электрические заряды, как противофазные квантовые пульсации. – Доступна на данном сайте.

19.                    Л.Кёртис. Введение в нейтронную физику. «Атомиздат», М.. 1965.

20.                    К.Н.Мухин. Экспериментальная ядерная физика. В 2-х томах. Т.2, «Физика элементарных частиц». М., «Атомиздат», 1974.

21.                    O.Chamberlain, E.Segre, C.Wiegand, T.Ypsilantis. Phys.Rev., 100 (1955) 947.

 

 

Источник: http://newfiz.narod.ru

Поступило на сайт: 09 октября 2007.

 

 

 

                                                       

newfiz.narod.ru

---

• 
  Автоматизация умный дом
• 
  Солнечная энергетика плюсы и минусы
• 
  Основы электропривода
• 
  Пьезоэлектрический генератор волновой
• 
  Трансформаторные подстанции киоскового типа
• 
  Ограничитель мощности однофазный
• 
  Установка розеток и выключателей в гипсокартон
• 
  Что такое резонанс напряжений и каковы его характерные особенности
• 
  Сварочный ультразвуковой аппарат
• 
  Прокладка оптического кабеля
• 
  Электрические измерения единицы