hjem › Kropp › Hvem og når oppdaget protonet og nøytronet. Protonmasse

Hvem og når oppdaget protonet og nøytronet. Protonmasse

I denne artikkelen finner du informasjon om protonet, som en elementær partikkel som danner grunnlaget for universet sammen med dets andre elementer, brukt i kjemi og fysikk. Egenskapene til protonet, dets egenskaper i kjemi og stabilitet vil bli bestemt.

Hva er et proton

Et proton er en av representantene for elementarpartikler, som er klassifisert som en baryon, f.eks. der fermioner samhandler sterkt, og selve partikkelen består av 3 kvarker. Protonet er en stabil partikkel og har et personlig momentum - spinn ½. Den fysiske betegnelsen for proton er s(eller s +)

Et proton er en elementær partikkel som deltar i termonukleære prosesser. Det er denne typen reaksjon som i hovedsak er hovedkilden til energi generert av stjerner i hele universet. Nesten hele mengden energi som frigjøres av solen eksisterer bare på grunn av kombinasjonen av 4 protoner til en heliumkjerne med dannelsen av ett nøytron fra to protoner.

Egenskaper som er iboende i et proton

Et proton er en av representantene for baryoner. Det er fakta. Ladningen og massen til et proton er konstante mengder. Protonet er elektrisk ladet +1, og massen bestemmes i ulike måleenheter og er i MeV 938.272 0813(58), i kilogram av et proton er vekten i tallene 1.672 621 898(21) 10 −27 kg, i enheter av atommasse er vekten av et proton 1,007 276 466 879(91) a. e.m., og i forhold til elektronets masse, veier protonet 1836.152 673 89 (17) i forhold til elektronet.

Et proton, hvis definisjon allerede er gitt ovenfor, fra et fysikksynspunkt, er en elementær partikkel med en projeksjon av isospin +½, og kjernefysikk oppfatter denne partikkelen med motsatt fortegn. Selve protonet er et nukleon, og består av 3 kvarker (to u-kvarker og en d-kvark).

Strukturen til protonet ble eksperimentelt studert av kjernefysiker fra USA - Robert Hofstadter. For å oppnå dette målet kolliderte fysikeren protoner med høyenergielektroner, og ble tildelt Nobelprisen i fysikk for sin beskrivelse.

Protonet inneholder en kjerne (tung kjerne), som inneholder omtrent trettifem prosent av energien til protonets elektriske ladning og har en ganske høy tetthet. Skallet som omgir kjernen er relativt utladet. Skallet består hovedsakelig av virtuelle mesoner av type og p og bærer omtrent femti prosent av det elektriske potensialet til protonet og er lokalisert i en avstand på omtrent 0,25 * 10 13 til 1,4 * 10 13 . Enda videre, i en avstand på omtrent 2,5 * 10 13 centimeter, består skallet av og w virtuelle mesoner og inneholder omtrent de resterende femten prosentene av protonets elektriske ladning.

Proton stabilitet og stabilitet

I fri tilstand viser ikke protonet noen tegn på forfall, noe som indikerer stabiliteten. Den stabile tilstanden til protonet, som den letteste representanten for baryoner, bestemmes av loven om bevaring av antall baryoner. Uten å bryte SBC-loven, er protoner i stand til å forfalle til nøytrinoer, positroner og andre, lettere elementærpartikler.

Protonet til kjernen av atomer har evnen til å fange opp visse typer elektroner som har K, L, M atomskall. Et proton, som har fullført elektronfangst, forvandles til et nøytron og frigjør som et resultat et nøytrino, og "hullet" som dannes som et resultat av elektronfangst fylles med elektroner fra over de underliggende atomlagene.

I ikke-treghetsreferanserammer må protoner få en begrenset levetid som kan beregnes; dette er på grunn av Unruh-effekten (stråling), som i kvantefeltteori forutsier mulig betraktning av termisk stråling i en referanseramme som akselereres i fravær av denne typen stråling. Således kan et proton, hvis det har en begrenset levetid, gjennomgå beta-forfall til et positron, nøytron eller nøytrino, til tross for at prosessen med slikt forfall i seg selv er forbudt av ZSE.

Bruk av protoner i kjemi

Et proton er et H-atom bygget av et enkelt proton og har ikke et elektron, så i kjemisk forstand er et proton én kjerne av et H-atom. Et nøytron paret med et proton skaper kjernen til et atom. I Dmitry Ivanovich Mendeleevs PTCE indikerer elementnummeret antall protoner i atomet til et bestemt grunnstoff, og elementnummeret bestemmes av atomladningen.

Hydrogenkationer er veldig sterke elektronakseptorer. I kjemi oppnås protoner hovedsakelig fra organiske og mineralske syrer. Ionisering er en metode for å produsere protoner i gassfaser.

Protoner deltar i termonukleære reaksjoner, som er hovedkilden til energi generert av stjerner. Spesielt reaksjoner s-syklus, som er kilden til nesten all energien som sendes ut av solen, kommer ned til kombinasjonen av fire protoner til en helium-4-kjerne med transformasjonen av to protoner til nøytroner.

I fysikk er proton betegnet s(eller s+ ). Den kjemiske betegnelsen til protonet (betraktet som et positivt hydrogenion) er H +, den astrofysiske betegnelsen er HII.

Åpning

Protonegenskaper

Forholdet mellom proton- og elektronmassene, lik 1836.152 673 89(17), med en nøyaktighet på 0.002 % er lik verdien 6π 5 = 1836.118...

Protonets indre struktur ble først eksperimentelt studert av R. Hofstadter ved å studere kollisjoner av en stråle av høyenergielektroner (2 GeV) med protoner (Nobelprisen i fysikk 1961). Protonet består av en tung kjerne (kjerne) med en radius på cm, med høy tetthet av masse og ladning, som bærer ≈ 35 % (\displaystyle \ca. 35\,\%) elektrisk ladning av protonet og det relativt sjeldne skallet som omgir det. På avstand fra ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 0(,)25\cdot 10^(-13)) før ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm dette skallet består hovedsakelig av virtuelle ρ - og π -mesoner som bærer ≈ 50 % (\displaystyle \ca. 50\,\%) elektrisk ladning av protonet, deretter til avstanden ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm utvider et skall av virtuelle ω - og π -mesoner, og bærer ~15% av protonets elektriske ladning.

Trykket i sentrum av protonet skapt av kvarker er omtrent 10 35 Pa (10 30 atmosfærer), det vil si høyere enn trykket inne i nøytronstjerner.

Det magnetiske momentet til et proton måles ved å måle forholdet mellom resonansfrekvensen for presesjon av protonets magnetiske moment i et gitt ensartet magnetfelt og syklotronfrekvensen til protonets sirkulære bane i samme felt.

Det er tre fysiske størrelser knyttet til et proton som har lengdedimensjonen:

Målinger av protonradius ved bruk av vanlige hydrogenatomer, utført med ulike metoder siden 1960-tallet, førte (CODATA -2014) til resultatet 0,8751 ± 0,0061 femtometer(1 fm = 10 −15 m). De første eksperimentene med muoniske hydrogenatomer (hvor elektronet er erstattet av et myon) ga et 4 % mindre resultat for denne radiusen: 0,84184 ± 0,00067 fm. Årsakene til denne forskjellen er fortsatt uklare.

Stabilitet

Det frie protonet er stabilt, eksperimentelle studier har ikke avslørt noen tegn på dets forfall (nedre grense for levetiden er 2,9⋅10 29 år uavhengig av forfallskanalen, 1,6⋅10 34 år for forfall til en positron og nøytral pion, 7,7⋅ 10 33 år for forfall til en positiv myon og en nøytral pion). Siden protonet er det letteste av baryonene, er stabiliteten til protonet en konsekvens av loven om bevaring av baryonnummer - et proton kan ikke forfalle til noen lettere partikler (for eksempel til et positron og nøytrino) uten å bryte denne loven. Imidlertid forutsier mange teoretiske utvidelser av standardmodellen prosesser (ennå ikke observert) som vil resultere i ikke-konservering av baryontall og dermed protonnedbrytning.

Et proton bundet i en atomkjerne er i stand til å fange et elektron fra elektronet K-, L- eller M-skallet til atomet (såkalt "elektronfangst"). Et proton i atomkjernen, etter å ha absorbert et elektron, blir til et nøytron og sender samtidig ut et nøytrino: p+e − →+ν e . Et "hull" i K-, L- eller M-laget dannet ved elektronfangst fylles med et elektron fra et av de overliggende elektronlagene til atomet, og sender ut karakteristiske røntgenstråler som tilsvarer atomnummeret Z− 1, og/eller Auger-elektroner. Over 1000 isotoper fra 7 er kjent
4 til 262
105, forfall ved elektronfangst. Ved tilstrekkelig høye tilgjengelige forfallsenergier (ovenfor 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) en konkurrerende forfallskanal åpnes - positronforfall p → +e ++ν e . Det bør understrekes at disse prosessene bare er mulige for et proton i noen kjerner, der den manglende energien fylles opp ved overgangen av det resulterende nøytronet til et lavere kjernefysisk skall; for et fritt proton er de forbudt av loven om bevaring av energi.

Kilden til protoner i kjemi er mineralsyrer (salpetersyre, svovelsyre, fosforsyre og andre) og organiske (maursyre, eddiksyre, oksalsyre og andre). I en vandig løsning er syrer i stand til å dissosiere med eliminering av et proton, og danner et hydroniumkation.

I gassfasen oppnås protoner ved ionisering - fjerning av et elektron fra et hydrogenatom. Ioniseringspotensialet til et ueksitert hydrogenatom er 13.595 eV. Når molekylært hydrogen ioniseres av raske elektroner ved atmosfærisk trykk og romtemperatur, dannes i utgangspunktet det molekylære hydrogenionet (H 2 +) - et fysisk system som består av to protoner som holdes sammen i en avstand på 1,06 ganger ett elektron. Stabiliteten til et slikt system, ifølge Pauling, er forårsaket av resonansen til et elektron mellom to protoner med en "resonansfrekvens" lik 7·10 14 s −1. Når temperaturen stiger til flere tusen grader, endres sammensetningen av hydrogenioniseringsprodukter til fordel for protoner - H +.

applikasjon

Stråler av akselererte protoner brukes i eksperimentell fysikk av elementære partikler (studie av spredningsprosesser og produksjon av stråler av andre partikler), i medisin (protonterapi for kreft).

se også

Notater

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants --- Komplett liste
CODATA Verdi: protonmasse
CODATA Verdi: protonmasse i u
Ahmed S.; et al. (2004). "Begrensninger på nukleonforfall via usynlige moduser fra Sudbury Neutrino Observatory." Fysiske gjennomgangsbrev. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
CODATA-verdi: protonmasseenergiekvivalent i MeV
CODATA Verdi: proton-elektron masseforhold
, Med. 67.
Hofstadter P. Struktur av kjerner og nukleoner // Fysisk. - 1963. - T. 81, nr. 1. - S. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K. I. Virtuelle prosesser og strukturen til nukleonet // Physics of the Microworld - M.: Atomizdat, 1965. - S. 75.
Zhdanov G. B. Elastisk spredning, perifere interaksjoner og resonanser // Høyenergipartikler. Høye energier i verdensrommet og laboratorier - M.: Nauka, 1965. - S. 132.
Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. Trykkfordelingen inne i protonet // Nature. - 2018. - Mai (bd. 557, nr. 7705). - S. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
Bethe, G., Morrison F. Elementær teori om kjernen. - M: IL, 1956. - S. 48.

Proton (elementærpartikkel)

Feltteorien om elementærpartikler, som opererer innenfor rammen av SCIENCE, er basert på et grunnlag bevist av FYSIKK:

Klassisk elektrodynamikk,
Kvantemekanikk (uten virtuelle partikler som motsier loven om bevaring av energi),
Bevaringslover er grunnleggende fysikklover.

Dette er den grunnleggende forskjellen mellom den vitenskapelige tilnærmingen som brukes av feltteorien om elementærpartikler - en sann teori må operere strengt innenfor naturlovene: dette er VITENSKAP.

Bruke elementære partikler som ikke finnes i naturen, finne opp grunnleggende interaksjoner som ikke eksisterer i naturen, eller erstatte interaksjoner som eksisterer i naturen med fabelaktige, ignorere naturlovene, delta i matematiske manipulasjoner med dem (skape utseendet til vitenskap) - dette er de mange eventyrene som ble utgitt som vitenskap. Som et resultat gled fysikken inn i verden av matematiske eventyr. Eventyrkarakterer av standardmodellen (kvarker med gluoner), sammen med eventyrgravitoner og eventyr fra "kvanteteori", har allerede trengt gjennom fysikklærebøker - og villeder barn, og gir matematiske eventyr som virkelighet. Tilhengere av ærlig New Physics prøvde å motstå dette, men kreftene var ikke like. Og slik var det til 2010, før feltteorien om elementærpartikler kom, da kampen for gjenopplivingen av FYSIKK-VITENSKAP flyttet til nivået av åpen konfrontasjon mellom ekte vitenskapelig teori og matematiske eventyr som tok makten i fysikken til mikroverdenen (og ikke bare).

Men menneskeheten ville ikke ha visst om prestasjonene til New Physics uten Internett, søkemotorer og muligheten til fritt å snakke sannheten på sidene på nettstedet. Når det gjelder publikasjoner som tjener penger på vitenskap, hvem leser dem i dag for penger når det er mulig å raskt og fritt få den nødvendige informasjonen på Internett.

1 Et proton er en elementær partikkel
2 Da fysikk forble en vitenskap
3 proton i fysikk
4 protonradius
5 Magnetisk moment av et proton
6 Elektrisk felt til et proton

Ernest Rutherford i 1919, bestrålet nitrogenkjerner med alfapartikler, observerte dannelsen av hydrogenkjerner. Rutherford kalte partikkelen som ble resultatet av kollisjonen for et proton. De første fotografiene av protonspor i et skykammer ble tatt i 1925 av Patrick Blackett. Men selve hydrogenioner (som er protoner) var kjent lenge før Rutherfords eksperimenter.
I dag, på det 21. århundre, kan fysikk si mye mer om protoner.

1 Proton er en elementær partikkel

Fysikkens ideer om strukturen til protonet endret seg etter hvert som fysikken utviklet seg.
Fysikk anså opprinnelig protonet for å være en elementær partikkel frem til 1964, da GellMann og Zweig uavhengig foreslo kvarkhypotesen.

Opprinnelig var kvarkmodellen til hadroner begrenset til bare tre hypotetiske kvarker og deres antipartikler. Dette gjorde det mulig å korrekt beskrive spekteret av elementære partikler kjent på den tiden, uten å ta hensyn til leptoner, som ikke passet inn i den foreslåtte modellen og derfor ble anerkjent som elementære, sammen med kvarker. Prisen for dette var introduksjonen av elektriske brøkladninger som ikke finnes i naturen. Etter hvert som fysikken utviklet seg og nye eksperimentelle data ble tilgjengelige, vokste og transformerte kvarkmodellen gradvis og ble til slutt Standardmodellen.

Fysikere har iherdig lett etter nye hypotetiske partikler. Letingen etter kvarker ble utført i kosmiske stråler, i naturen (siden deres brøkdeler elektrisk ladning ikke kan kompenseres) og ved akseleratorer.
Flere tiår gikk, kraften til akseleratorer vokste, og resultatet av søket etter hypotetiske kvarker var alltid det samme: Kvarker finnes IKKE i naturen.

Etter å ha sett utsiktene til døden til kvarken (og deretter Standard)-modellen, komponerte dens tilhengere og avleverte til menneskeheten et eventyr om at spor av kvarker ble observert i noen eksperimenter. - Det er umulig å verifisere denne informasjonen - eksperimentelle data behandles ved hjelp av Standardmodellen, og det vil alltid gi ut noe som det trenger. Fysikkens historie kjenner eksempler på at en annen partikkel ble sklidd inn i stedet for en partikkel - den siste slike manipulasjonen av eksperimentelle data var at en vektormeson glipte som en fabelaktig Higgs-boson, visstnok ansvarlig for massen av partikler, men samtidig tid som ikke skaper gravitasjonsfeltet. Denne matematiske historien ble til og med tildelt Nobelprisen i fysikk. I vårt tilfelle ble stående bølger av et vekslende elektromagnetisk felt, som det ble skrevet bølgeteorier om elementærpartikler om, sklidd inn som fe-kvarker.

Da tronen under standardmodellen begynte å riste igjen, komponerte dens tilhengere og ga menneskeheten et nytt eventyr for de små, kalt "Confinement." Enhver tenkende person vil umiddelbart se i det en hån mot loven om bevaring av energi - en grunnleggende naturlov. Men tilhengere av Standardmodellen ønsker ikke å se VIRKELIGHET.

2 Da fysikk forble en vitenskap

Da fysikk fortsatt forble en vitenskap, ble sannheten ikke bestemt av flertallets mening - men av eksperimenter. Dette er den grunnleggende forskjellen mellom FYSIKK-VITENSKAP og matematiske eventyr utgitt som fysikk.
Alle eksperimenter som søker etter hypotetiske kvarker(bortsett fra, selvfølgelig, for å gli inn i din tro under dekke av eksperimentelle data) har tydelig vist: det finnes INGEN kvarker i naturen.

Nå prøver tilhengere av standardmodellen å erstatte resultatet av alle eksperimenter, som ble en dødsdom for standardmodellen, med deres kollektive oppfatning, og avgi det som virkelighet. Men uansett hvor lenge eventyret fortsetter, vil det likevel bli en slutt. Spørsmålet er bare hva slags slutt det vil være: tilhengere av standardmodellen vil vise intelligens, mot og endre posisjoner etter den enstemmige dommen fra eksperimenter (eller rettere sagt: dommen fra NATUREN), eller de vil bli overført til historien midt i universell latter Ny fysikk - fysikk av det 21. århundre, som historiefortellere som prøvde å lure hele menneskeheten. Valget er deres.

Nå om selve protonet.

3 proton i fysikk

Proton - elementær partikkel kvantetall L=3/2 (spinn = 1/2) - baryongruppe, protonundergruppe, elektrisk ladning +e (systematisering i henhold til feltteorien til elementarpartikler).
I følge feltteorien om elementærpartikler (en teori bygget på et vitenskapelig grunnlag og den eneste som mottok det korrekte spekteret av alle elementærpartikler), består et proton av et roterende polarisert vekslende elektromagnetisk felt med en konstant komponent. Alle de ubegrunnede påstandene fra Standardmodellen om at protonet angivelig består av kvarker har ingenting med virkeligheten å gjøre. – Fysikken har eksperimentelt bevist at protonet har elektromagnetiske felt, og også et gravitasjonsfelt. Fysikken gjettet briljant at elementærpartikler ikke bare har, men består av, elektromagnetiske felt for 100 år siden, men det var ikke mulig å konstruere en teori før i 2010. Nå, i 2015, dukket det også opp en teori om tyngdekraften til elementærpartikler, som etablerte tyngdekraftens elektromagnetiske natur og oppnådde ligningene for tyngdefeltet til elementærpartikler, forskjellig fra tyngdekraftsligningene, på grunnlag av hvilke mer enn en matematisk eventyr i fysikk ble bygget.

For øyeblikket motsier ikke feltteorien om elementærpartikler (i motsetning til standardmodellen) eksperimentelle data om strukturen og spekteret til elementærpartikler og kan derfor betraktes av fysikk som en teori som fungerer i naturen.

Strukturen til det elektromagnetiske feltet til et proton(E-konstant elektrisk felt, H-konstant magnetfelt, vekslende elektromagnetisk felt er merket med gult)
Energibalanse (prosent av total intern energi):

konstant elektrisk felt (E) - 0,346 %,
konstant magnetfelt (H) - 7,44 %,
vekslende elektromagnetisk felt - 92,21%.

Det følger at for protonet m 0~ =0,9221m 0 og omtrent 8 prosent av massen er konsentrert i konstante elektriske og magnetiske felt. Forholdet mellom energien konsentrert i et konstant magnetfelt til et proton og energien konsentrert i et konstant elektrisk felt er 21,48. Dette forklarer tilstedeværelsen av kjernekrefter i protonet.

Det elektriske feltet til et proton består av to regioner: en ytre region med positiv ladning og en indre region med negativ ladning. Forskjellen i ladningene til de ytre og indre områdene bestemmer den totale elektriske ladningen til protonet +e. Kvantiseringen er basert på geometrien og strukturen til elementærpartikler.

Og dette er hvordan de grunnleggende interaksjonene mellom elementærpartikler som faktisk eksisterer i naturen ser ut:

4 protonradius

Feltteorien for elementærpartikler definerer radius (r) til en partikkel som avstanden fra sentrum til punktet der den maksimale massetettheten oppnås.

For et proton vil dette være 3,4212 ∙10 -16 m. Til dette må vi legge til tykkelsen på det elektromagnetiske feltlaget, og radiusen til området i rommet som er okkupert av protonet, vil bli oppnådd:

For et proton vil dette være 4,5616 ∙10 -16 m. Dermed ligger protonets ytre grense i en avstand på 4,5616 ∙10 -16 m fra sentrum av partikkelen En liten del av massen konsentrert seg i konstanten elektrisk og konstant magnetfelt til protonet, i henhold til elektrodynamikkens lover, er utenfor denne radien.

5 Magnetisk moment av et proton

I motsetning til kvanteteorien sier feltteorien til elementærpartikler at de magnetiske feltene til elementærpartikler ikke skapes ved spinnrotasjon av elektriske ladninger, men eksisterer samtidig med et konstant elektrisk felt som en konstant komponent av det elektromagnetiske feltet. Derfor Alle elementærpartikler med kvantenummer L>0 har konstante magnetiske felt.
Feltteorien til elementærpartikler anser ikke det magnetiske momentet til protonet som unormalt - verdien bestemmes av et sett med kvantetall i den grad kvantemekanikken fungerer i en elementær partikkel.
Så det viktigste magnetiske momentet til et proton er skapt av to strømmer:

(+) med magnetisk moment +2 (eħ/m 0 s)
(-) med magnetisk moment -0,5 (eħ/m 0 s)

For å få det resulterende magnetiske momentet til et proton, er det nødvendig å legge til begge momentene, multiplisere med prosentandelen av energi som finnes i det bølgeelektromagnetiske feltet til protonet (delt på 100%) og legge til spinnkomponenten (se Felt teori for elementærpartikler. Del 2, avsnitt 3.2), som et resultat får vi 1,3964237 eh/m 0p c. For å konvertere til vanlige kjernemagnetoner, må det resulterende tallet multipliseres med to - til slutt har vi 2,7928474.

Da fysikken antok at de magnetiske momentene til elementærpartikler skapes av spinnrotasjonen av deres elektriske ladning, ble passende enheter foreslått for å måle dem: for et proton er det eh/2m 0p c (husk at spinnet til et proton er 1/ 2) kalt kjernemagneton. Nå kan 1/2 utelates, da den ikke bærer en semantisk belastning, og forlates ganske enkelt eh/m 0p c.

Men seriøst, det er ingen elektriske strømmer inne i elementærpartikler, men det er magnetiske felt (og det er ingen elektriske ladninger, men det er elektriske felt). Det er umulig å erstatte ekte magnetiske felt av elementære partikler med magnetiske felt av strømmer (så vel som ekte elektriske felt av elementære partikler med felt av elektriske ladninger), uten tap av nøyaktighet - disse feltene har en annen natur. Det er litt annen elektrodynamikk her - Elektrodynamikk i feltfysikk, som ennå ikke er opprettet, som selve feltfysikk.

6 Elektrisk felt til et proton

6.1 Proton elektrisk felt i den fjerne sonen

Fysikkens kunnskap om strukturen til protonets elektriske felt har endret seg etter hvert som fysikken har utviklet seg. Det ble opprinnelig antatt at det elektriske feltet til et proton er feltet til en elektrisk punktladning +e. For dette feltet vil det være:
potensiell elektrisk felt til et proton ved punkt (A) i den fjerne sonen (r > > r p) nøyaktig, i SI-systemet er lik:

Spenninger E av det elektriske protonfeltet i den fjerne sonen (r > > r p) nøyaktig, i SI-systemet er lik:

Hvor n = r/|r| - enhetsvektor fra protonsenteret i retning av observasjonspunktet (A), r - avstand fra protonsenteret til observasjonspunktet, e - elementær elektrisk ladning, vektorer er med fet skrift, ε 0 - elektrisk konstant, r p =Lħ /(m 0~ c ) er radiusen til et proton i feltteori, L er hovedkvantetallet til et proton i feltteorien, ħ er Plancks konstant, m 0~ er mengden masse i et vekslende elektromagnetisk felt av et proton i ro, C er lysets hastighet. (Det er ingen multiplikator i GHS-systemet. SI-multiplikator.)

Disse matematiske uttrykkene er korrekte for den fjerne sonen av protonets elektriske felt: r p , men fysikken antok da at deres gyldighet også utvidet seg til nærsonen, opp til avstander i størrelsesorden 10 -14 cm.

6.2 Elektriske ladninger av et proton

I første halvdel av 1900-tallet mente fysikken at et proton bare hadde én elektrisk ladning og den var lik +e.

Etter fremveksten av kvarkhypotesen foreslo fysikk at inne i et proton er det ikke én, men tre elektriske ladninger: to elektriske ladninger +2e/3 og en elektrisk ladning -e/3. Totalt gir disse avgiftene +e. Dette ble gjort fordi fysikk antydet at protonet har en kompleks struktur og består av to opp-kvarker med en ladning på +2e/3 og en d-kvark med en ladning på -e/3. Men kvarker ble ikke funnet verken i naturen eller i akseleratorer ved noen energier, og det gjensto enten å ta deres eksistens på tro (som er hva tilhengerne av Standardmodellen gjorde) eller å lete etter en annen struktur av elementærpartikler. Men samtidig akkumulerte eksperimentell informasjon om elementarpartikler hele tiden i fysikken, og da den samlet seg nok til å tenke nytt om hva som var gjort, ble feltteorien om elementarpartikler født.

I følge feltteorien om elementærpartikler, det konstante elektriske feltet til elementærpartikler med kvantenummer L>0, både ladet og nøytralt, skapes av den konstante komponenten av det elektromagnetiske feltet til den tilsvarende elementærpartikkelen(det er ikke den elektriske ladningen som er grunnårsaken til det elektriske feltet, slik fysikken trodde på 1800-tallet, men de elektriske feltene til elementærpartikler er slik at de tilsvarer feltene til elektriske ladninger). Og feltet med elektrisk ladning oppstår som et resultat av tilstedeværelsen av asymmetri mellom de ytre og indre halvkulene, og genererer elektriske felt med motsatte tegn. For ladede elementærpartikler genereres et felt med en elementær elektrisk ladning i den fjerne sonen, og tegnet på den elektriske ladningen bestemmes av tegnet til det elektriske feltet generert av den ytre halvkule. I nærsonen har dette feltet en kompleks struktur og er en dipol, men det har ikke et dipolmoment. For en omtrentlig beskrivelse av dette feltet som et system med punktladninger, vil det kreves minst 6 "kvarker" inne i protonet - det vil være mer nøyaktig hvis vi tar 8 "kvarker". Det er klart at de elektriske ladningene til slike "kvarker" vil være helt forskjellige fra hva standardmodellen (med kvarkene) vurderer.

Feltteorien om elementarpartikler har fastslått at protonet, som enhver annen positivt ladet elementærpartikkel, kan skilles ut to elektriske ladninger og følgelig to elektriske radier:

elektrisk radius til det eksterne konstante elektriske feltet (ladning q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
elektrisk radius til det indre konstante elektriske feltet (ladning q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.

Disse egenskapene til det elektriske protonfeltet tilsvarer fordelingen av 1. feltteorien til elementærpartikler. Fysikken har ennå ikke eksperimentelt fastslått nøyaktigheten av denne fordelingen og hvilken fordeling som mest nøyaktig tilsvarer den virkelige strukturen til det konstante elektriske feltet til et proton i nærsonen, samt strukturen til det elektriske feltet til et proton i nærsonen (ved avstander av størrelsesorden r p). Som du kan se, er de elektriske ladningene nær ladningene til de antatte kvarkene (+4/3e=+1.333e og -1/3e=-0.333e) i protonet, men i motsetning til kvarker eksisterer elektromagnetiske felt i natur, og har en lignende struktur av konstant Enhver positivt ladet elementærpartikkel har et elektrisk felt, uavhengig av størrelsen på spinnet og... .

Verdiene til de elektriske radiene for hver elementarpartikkel er unike og bestemmes av hovedkvantetallet i feltteorien L, verdien av hvilemassen, prosentandelen av energi som finnes i det vekslende elektromagnetiske feltet (hvor kvantemekanikken fungerer ) og strukturen til den konstante komponenten av det elektromagnetiske feltet til elementærpartikkelen (det samme for alle elementærpartikler gitt av hovedkvantetallet L), som genererer et eksternt konstant elektrisk felt. Den elektriske radiusen indikerer den gjennomsnittlige plasseringen av en elektrisk ladning jevnt fordelt rundt omkretsen, og skaper et lignende elektrisk felt. Begge elektriske ladninger ligger i samme plan (rotasjonsplanet til elementærpartikkelens vekslende elektromagnetiske felt) og har et felles senter som sammenfaller med rotasjonssenteret til elementarpartikkelens vekslende elektromagnetiske felt.

6.3 Elektrisk felt til et proton i nærsonen

Når du kjenner størrelsen på de elektriske ladningene inne i en elementær partikkel og deres plassering, er det mulig å bestemme det elektriske feltet som skapes av dem.

elektrisk felt til et proton i nærsonen (r~r p), i SI-systemet, som en vektorsum, er omtrent lik:

Hvor n+ = r +/|r + | - enhetsvektor fra det nære (1) eller fjerne (2) punktet for protonladningen q + i retning av observasjonspunktet (A), n- = r-/|r - | - enhetsvektor fra det nære (1) eller fjerne (2) punktet til protonladningen q - i retning av observasjonspunktet (A), r - avstanden fra sentrum av protonet til projeksjonen av observasjonspunktet på protonplanet, q + - ekstern elektrisk ladning +1,25e, q - - intern elektrisk ladning -0,25e, vektorer er uthevet med fet skrift, ε 0 - elektrisk konstant, z - høyden til observasjonspunktet (A) (avstand fra observasjonspunkt til protonplanet), r 0 - normaliseringsparameter. (Det er ingen multiplikator i GHS-systemet. SI-multiplikator.)

Dette matematiske uttrykket er en sum av vektorer og må beregnes etter reglene for vektoraddisjon, siden dette er et felt med to distribuerte elektriske ladninger (+1,25e og -0,25e). Det første og tredje leddet tilsvarer de nærliggende punktene til ladningene, det andre og det fjerde - til de fjerneste. Dette matematiske uttrykket fungerer ikke i det indre (ring) området av protonet, som genererer dets konstante felt (hvis to betingelser er oppfylt samtidig: ħ/m 0~ c
Elektrisk feltpotensial proton i punkt (A) i nærsonen (r~r p), i SI-systemet er omtrent lik:

Der r 0 er en normaliserende parameter, hvis verdi kan avvike fra r 0 i formel E. (I SGS-systemet er det ingen faktor SI-multiplikator.) Dette matematiske uttrykket fungerer ikke i det indre (ring) området av protonet , genererer dets konstante felt (med samtidig utførelse av to betingelser: ħ/m 0~ c
Kalibrering av r 0 for begge nærfeltuttrykkene må utføres ved grensen til området som genererer konstante protonfelt.

7 proton hvilemasse

I samsvar med klassisk elektrodynamikk og Einsteins formel, er resten av elementærpartikler med kvantenummer L>0, inkludert protonet, definert som ekvivalenten av energien til deres elektromagnetiske felt:

der det bestemte integralet overtas hele det elektromagnetiske feltet til en elementarpartikkel, E er den elektriske feltstyrken, H er den magnetiske feltstyrken. Alle komponenter i det elektromagnetiske feltet tas i betraktning her: konstant elektrisk felt, konstant magnetfelt, vekslende elektromagnetisk felt. Denne lille, men veldig fysikkrike formelen, som ligningene for gravitasjonsfeltet til elementærpartikler er utledet på grunnlag av, vil sende mer enn én eventyrlig "teori" til skraphaugen - det er derfor noen av forfatterne deres vil hater det.

Som følger av formelen ovenfor, verdien av hvilemassen til et proton avhenger av forholdene protonet befinner seg i. Ved å plassere et proton i et konstant eksternt elektrisk felt (for eksempel en atomkjerne) vil vi altså påvirke E 2, som vil påvirke protonets masse og stabiliteten. En lignende situasjon vil oppstå når et proton plasseres i et konstant magnetfelt. Derfor skiller noen egenskaper til et proton inne i en atomkjerne seg fra de samme egenskapene til et fritt proton i et vakuum, langt fra felt.

8 proton levetid

Protonlevetiden etablert av fysikk tilsvarer et fritt proton.

Feltteorien om elementarpartikler sier det levetiden til en elementær partikkel avhenger av forholdene den befinner seg i. Ved å plassere et proton i et eksternt felt (som et elektrisk), endrer vi energien i dets elektromagnetiske felt. Du kan velge tegnet til det ytre feltet slik at protonets indre energi øker. Det er mulig å velge en slik verdi av den ytre feltstyrken at det blir mulig for protonet å forfalle til et nøytron, positron og elektronnøytrino, og derfor blir protonet ustabilt. Dette er nøyaktig hva som observeres i atomkjerner, der det elektriske feltet til naboprotoner utløser forfallet av protonet til kjernen. Når ytterligere energi blir introdusert i kjernen, kan protonnedfall begynne ved en lavere ytre feltstyrke.

En interessant funksjon: under forfallet av et proton i en atomkjernen, i det elektromagnetiske feltet til kjernen, blir et positron født fra energien til det elektromagnetiske feltet - fra "materie" (proton) "antimaterie" (positron) blir født !!! og dette overrasker ingen.

9 Sannheten om standardmodellen

La oss nå bli kjent med informasjonen som tilhengere av standardmodellen ikke vil tillate publisert på "politisk korrekte" nettsteder (som verdens Wikipedia) der motstandere av New Physics nådeløst kan slette (eller forvrenge) informasjonen til tilhengere av den nye fysikken, som et resultat av at SANNHETEN har blitt offer for politikk:

I 1964 foreslo Gellmann og Zweig uavhengig en hypotese for eksistensen av kvarker, som etter deres mening hadroner er sammensatt av. De nye partiklene ble utstyrt med en elektrisk ladning som ikke eksisterer i naturen.
Leptoner passet IKKE inn i denne Quark-modellen, som senere vokste inn i Standardmodellen, og derfor ble anerkjent som virkelig elementære partikler.
For å forklare sammenhengen mellom kvarker i hadronen, ble eksistensen i naturen av sterk interaksjon og dens bærere, gluoner, antatt. Gluoner, som forventet i kvanteteorien, ble utstyrt med enhetsspinn, identiteten til partikkel og antipartikkel, og null hvilemasse, som et foton.
I virkeligheten er det i naturen ikke en sterk vekselvirkning av hypotetiske kvarker, men kjernefysiske krefter av nukleoner - og dette er forskjellige konsepter.

50 år har gått. Kvarker ble aldri funnet i naturen, og et nytt matematisk eventyr ble oppfunnet for oss kalt "Confinement". En tenkende person kan lett se i det en åpenbar ignorering av den grunnleggende naturloven - loven om bevaring av energi. Men et tenkende menneske vil gjøre dette, og historiefortellerne fikk en unnskyldning som passet dem.

Gluoner er heller IKKE funnet i naturen. Faktum er at bare vektormesoner (og en til av de eksiterte tilstandene til mesoner) kan ha enhetsspinn i naturen, men hver vektormeson har en antipartikkel. - Derfor vektormesoner er ikke egnede kandidater for "gluoner". Det gjenstår de første ni eksiterte tilstandene til mesoner, men 2 av dem motsier selve standardmodellen og standardmodellen anerkjenner ikke deres eksistens i naturen, og resten har blitt godt studert av fysikk, og det vil ikke være mulig å passere dem av som fantastiske gluoner. Det er et siste alternativ: å overføre en bundet tilstand av et par leptoner (myoner eller tau leptoner) som en gluon - men selv dette kan beregnes under forfall.

Så, Det er heller ingen gluoner i naturen, akkurat som det ikke finnes kvarker og det fiktive sterke samspillet i naturen..
Du tror at tilhengere av standardmodellen ikke forstår dette - de gjør det fortsatt, men det er bare kvalmende å innrømme feilslutningen i det de har gjort i flere tiår. Det er derfor vi ser nye matematiske eventyr (strengteori, etc.).

10 Ny fysikk: Proton - sammendrag

I hoveddelen av artikkelen snakket jeg ikke i detalj om fe-kvarker (med fe-gluoner), siden de IKKE er i naturen og det er ingen vits i å fylle hodet med eventyr (unødvendig) - og uten de grunnleggende elementene i grunnlaget: kvarker med gluoner, standardmodellen kollapset - tiden for dens dominans i fysikk KOMPLETT (se Standardmodell).

Du kan ignorere elektromagnetismens plass i naturen så lenge du vil (møte det på hvert trinn: lys, termisk stråling, elektrisitet, fjernsyn, radio, telefonkommunikasjon, inkludert mobilnett, Internett, uten noe menneskeheten ikke ville ha visst om eksistensen av feltteoriens elementærpartikler, ...), og fortsette å finne opp nye eventyr for å erstatte de konkursrammede, og gi dem ut som vitenskap; du kan, med utholdenhet som er verdig til bedre bruk, fortsette å gjenta de memorerte TALES fra standardmodellen og kvanteteorien; men elektromagnetiske felt i naturen var, er, vil være og kan klare seg helt fint uten eventyrlige virtuelle partikler, samt gravitasjon skapt av elektromagnetiske felt, men eventyr har en fødselstid og en tid da de slutter å påvirke mennesker. Når det gjelder naturen, bryr den seg IKKE om eventyr eller annen litterær aktivitet av mennesket, selv om Nobelprisen i fysikk deles ut for dem. Naturen er strukturert slik den er strukturert, og oppgaven til FYSIKK-VITENSKAP er å forstå og beskrive den.

Nå har en ny verden åpnet seg foran deg - verden av dipolfelter, eksistensen som fysikken på 1900-tallet ikke engang mistenkte. Du så at et proton ikke har én, men to elektriske ladninger (ytre og indre) og to tilsvarende elektriske radier. Du så hva hvilemassen til et proton består av og at det imaginære Higgs-bosonet var ute av arbeid (beslutningene til Nobelkomiteen er ikke naturlover ennå...). Dessuten avhenger størrelsen på massen og levetiden av feltene der protonet befinner seg. Bare fordi et fritt proton er stabilt, betyr det ikke at det vil forbli stabilt alltid og overalt (protonforfall observeres i atomkjerner). Alt dette går utover begrepene som dominerte fysikk i andre halvdel av det tjuende århundre. - Det 21. århundres fysikk - Ny fysikk beveger seg til et nytt nivå av kunnskap om materie, og nye interessante funn venter på oss.

Vladimir Gorunovich

DEFINISJON

Proton kalt en stabil partikkel som tilhører klassen hadroner, som er kjernen til et hydrogenatom.

Forskere er uenige om hvilken vitenskapelig begivenhet som skal betraktes som oppdagelsen av protonet. En viktig rolle i oppdagelsen av protonet ble spilt av:

opprettelse av en planetarisk modell av atomet av E. Rutherford;
oppdagelse av isotoper av F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
observasjoner av oppførselen til kjernene til hydrogenatomer når de blir slått ut av alfapartikler fra nitrogenkjerner av E. Rutherford.

De første fotografiene av protonspor ble tatt av P. Blackett i et skykammer mens han studerte prosessene med kunstig transformasjon av elementer. Blackett studerte prosessen med å fange alfapartikler av nitrogenkjerner. I denne prosessen ble et proton sendt ut og nitrogenkjernen ble omdannet til en isotop av oksygen.

Protoner er sammen med nøytroner en del av kjernene til alle kjemiske grunnstoffer. Antall protoner i kjernen bestemmer atomnummeret til grunnstoffet i det periodiske systemet D.I. Mendeleev.

Et proton er en positivt ladet partikkel. Ladningen er lik den elementære ladningen, det vil si verdien av elektronladningen. Ladningen til et proton er ofte betegnet som , da kan vi skrive at:

Det antas for tiden at protonet ikke er en elementær partikkel. Den har en kompleks struktur og består av to u-kvarker og en d-kvark. Den elektriske ladningen til en u-kvark () er positiv og den er lik

Den elektriske ladningen til en d-kvark () er negativ og lik:

Kvarker forbinder utvekslingen av gluoner, som er feltkvanter; de tåler sterk interaksjon. Det faktum at protoner har flere punktspredningssentre i sin struktur bekreftes av eksperimenter på spredning av elektroner med protoner.

Protonet har en begrenset størrelse, som forskerne fortsatt krangler om. Foreløpig er protonet representert som en sky som har en uskarp grense. En slik grense består av stadig oppstår og utslette virtuelle partikler. Men i de fleste enkle problemer kan et proton selvsagt betraktes som en punktladning. Hvilemassen til et proton () er omtrent lik:

Massen til et proton er 1836 ganger større enn massen til et elektron.

Protoner deltar i alle grunnleggende interaksjoner: sterke interaksjoner forener protoner og nøytroner til kjerner, elektroner og protoner går sammen i atomer ved hjelp av elektromagnetiske interaksjoner. Som en svak interaksjon kan vi for eksempel sitere beta-forfallet til et nøytron (n):

hvor p er proton; — elektron; - antinøytrino.

Protonnedbrytning er ennå ikke oppnådd. Dette er et av de viktige moderne fysikkens problemer, siden denne oppdagelsen ville være et betydelig skritt i å forstå enheten mellom naturkreftene.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Trening

Kjernene i natriumatomet blir bombardert med protoner. Hva er kraften til elektrostatisk frastøtning av et proton fra kjernen til et atom hvis protonet er på avstand

m. Tenk på at ladningen til kjernen til et natriumatom er 11 ganger større enn ladningen til et proton. Påvirkningen av elektronskallet til natriumatomet kan ignoreres.

Løsning

Som grunnlag for å løse problemet, vil vi ta Coulombs lov, som kan skrives for vårt problem (forutsatt at partiklene er punktlignende) som følger:

hvor F er kraften til elektrostatisk interaksjon av ladede partikler; Cl er protonladningen; - ladning av kjernen til natriumatomet; - dielektrisk konstant av vakuum; - elektrisk konstant. Ved å bruke dataene vi har, kan vi beregne den nødvendige frastøtende kraften:

Svar

EKSEMPEL 2

Trening

Med tanke på den enkleste modellen av hydrogenatomet, antas det at elektronet beveger seg i en sirkulær bane rundt protonet (kjernen til hydrogenatomet). Hva er hastigheten til et elektron hvis radiusen til dets bane er m?

Løsning

La oss se på kreftene (fig. 1) som virker på et elektron som beveger seg i en sirkel. Dette er tiltrekningskraften fra protonet. I henhold til Coulombs lov skriver vi at verdien er lik ():

hvor =— elektronladning; - protonladning; - elektrisk konstant. Tiltrekningskraften mellom et elektron og et proton på et hvilket som helst punkt i elektronets bane er rettet fra elektronet til protonet langs sirkelens radius.

Det ble en gang antatt at den minste strukturenheten til ethvert stoff er et molekyl. Så, med oppfinnelsen av kraftigere mikroskoper, ble menneskeheten overrasket over å oppdage konseptet med et atom - en sammensatt partikkel av molekyler. Det ville virke mye mindre? I mellomtiden viste det seg enda senere at atomet på sin side består av mindre grunnstoffer.

På begynnelsen av 1900-tallet oppdaget en britisk fysiker tilstedeværelsen av kjerner i atomet - sentrale strukturer; det var dette øyeblikket som markerte begynnelsen på en rekke endeløse oppdagelser angående strukturen til det minste strukturelle elementet i materie.

I dag, basert på kjernefysisk modell og takket være en rekke studier, er det kjent at atomet består av en kjerne som er omgitt av elektronsky. En slik "sky" inneholder elektroner, eller elementærpartikler med negativ ladning. Kjernen, tvert imot, inkluderer partikler med en elektrisk positiv ladning, kalt protoner. Den britiske fysikeren som allerede er nevnt ovenfor, var i stand til å observere og deretter beskrive dette fenomenet. I 1919 gjennomførte han et eksperiment der alfapartikler slo hydrogenkjerner ut av kjernene til andre grunnstoffer. Dermed var han i stand til å finne ut og bevise at protoner ikke er noe mer enn en kjerne uten et eneste elektron. I moderne fysikk er protoner symbolisert med symbolet p eller p+ (angir en positiv ladning).

Proton oversatt fra gresk betyr "første, viktigste" - en elementær partikkel som tilhører klassen baryoner, de. relativt tung Det er en stabil struktur, dens levetid er mer enn 2,9 x 10(29) år.

Strengt tatt inneholder det i tillegg til protonet også nøytroner, som ut fra navnet er nøytralt ladet. Begge disse elementene kalles nukleoner.

Massen til protonet, på grunn av ganske åpenbare omstendigheter, kunne ikke måles på lenge. Nå er det kjent at det er det

mp=1,67262∙10-27 kg.

Det er akkurat slik hvilemassen til et proton ser ut.

La oss gå videre til å vurdere forståelser av protonmassen som er spesifikke for ulike områder av fysikk.

Massen til en partikkel innenfor rammen av kjernefysikk tar ofte en annen form; dens måleenhet er amu.

A.e.m. - atommasseenhet. En amu tilsvarer 1/12 av massen til et karbonatom, hvis massenummer er 12. Derfor er 1 atommasseenhet lik 1,66057 10-27 kg.

Massen til et proton ser derfor slik ut:

mp = 1,007276 a. spise.

Det er en annen måte å uttrykke massen til denne positivt ladede partikkelen ved å bruke forskjellige måleenheter. For å gjøre dette, må du først akseptere ekvivalensen av masse og energi som et aksiom E=mc2. Hvor c - og m er kroppsmasse.

Protonmassen vil i dette tilfellet bli målt i megaelektronvolt eller MeV. Denne måleenheten brukes utelukkende i kjernefysikk og atomfysikk og tjener til å måle energien som er nødvendig for å overføre en partikkel mellom to punkter i C med betingelsen om at potensialforskjellen mellom disse punktene er 1 Volt.

Ta derfor i betraktning at kl. 01.00 = 931,494829533852 MeV, protonmasse er omtrentlig

Denne konklusjonen ble oppnådd på grunnlag av massespektroskopiske målinger, og det er massen i formen den er gitt ovenfor som også ofte kalles e proton hvile energi.

Dermed kan massen til den minste partikkelen, basert på eksperimentets behov, uttrykkes i tre forskjellige verdier, i tre forskjellige måleenheter.

I tillegg kan massen til et proton uttrykkes i forhold til massen til et elektron, som, som kjent, er mye "tyngre" enn en positivt ladet partikkel. Massen, med en grov beregning og signifikante feil i dette tilfellet, vil være 1836,152672 i forhold til massen til elektronet.

Populært i kategorien: