lar › Corpo › Quem e quando descobriu o próton e o nêutron. Massa de prótons

Quem e quando descobriu o próton e o nêutron. Massa de prótons

Neste artigo você encontrará informações sobre o próton, como partícula elementar que forma a base do universo junto com seus demais elementos, utilizado na química e na física. As propriedades do próton, suas características químicas e estabilidade serão determinadas.

O que é um próton

Um próton é um dos representantes das partículas elementares, que é classificado como bárion, por ex. em que os férmions interagem fortemente, e a própria partícula consiste em 3 quarks. O próton é uma partícula estável e tem um momento pessoal - spin ½. A designação física para próton é p(ou p +)

Um próton é uma partícula elementar que participa de processos do tipo termonuclear. É este tipo de reação que constitui essencialmente a principal fonte de energia gerada pelas estrelas em todo o universo. Quase toda a quantidade de energia liberada pelo Sol existe apenas devido à combinação de 4 prótons em um núcleo de hélio com a formação de um nêutron a partir de dois prótons.

Propriedades inerentes a um próton

Um próton é um dos representantes dos bárions. É um fato. A carga e a massa de um próton são quantidades constantes. O próton é eletricamente carregado +1, e sua massa é determinada em várias unidades de medida e está em MeV 938,272 0813(58), em quilogramas de um próton o peso está nas figuras 1,672 621 898(21) 10 −27 kg, em unidades de massa atômica, o peso de um próton é 1,007 276 466 879(91) a. em, e em relação à massa do elétron, o próton pesa 1836,152 673 89 (17) em relação ao elétron.

Um próton, cuja definição já foi dada acima, do ponto de vista da física, é uma partícula elementar com projeção de isospin +½, e a física nuclear percebe essa partícula com sinal oposto. O próprio próton é um núcleon e consiste em 3 quarks (dois quarks u e um quark d).

A estrutura do próton foi estudada experimentalmente pelo físico nuclear dos Estados Unidos da América - Robert Hofstadter. Para atingir esse objetivo, o físico colidiu prótons com elétrons de alta energia e recebeu o Prêmio Nobel de Física por sua descrição.

O próton contém um núcleo (núcleo pesado), que contém cerca de trinta e cinco por cento da energia da carga elétrica do próton e tem uma densidade bastante alta. A casca que envolve o núcleo está relativamente descarregada. A casca consiste principalmente em mésons virtuais do tipo ep e carrega cerca de cinquenta por cento do potencial elétrico do próton e está localizada a uma distância de aproximadamente 0,25*10 13 a 1,4*10 13 . Ainda mais longe, a uma distância de cerca de 2,5 x 10 13 centímetros, a casca consiste em mésons virtuais e contém aproximadamente os quinze por cento restantes da carga elétrica do próton.

Estabilidade e estabilidade de prótons

No estado livre, o próton não apresenta sinais de decaimento, o que indica sua estabilidade. O estado estável do próton, como representante mais leve dos bárions, é determinado pela lei de conservação do número de bárions. Sem violar a lei SBC, os prótons são capazes de decair em neutrinos, pósitrons e outras partículas elementares mais leves.

O próton do núcleo dos átomos tem a capacidade de capturar certos tipos de elétrons com camadas atômicas K, L, M. Um próton, tendo completado a captura de elétrons, se transforma em um nêutron e, como resultado, libera um neutrino, e o “buraco” formado como resultado da captura de elétrons é preenchido com elétrons acima das camadas atômicas subjacentes.

Em referenciais não inerciais, os prótons devem adquirir um tempo de vida limitado que pode ser calculado, isso se deve ao efeito Unruh (radiação), que na teoria quântica de campos prevê a possível contemplação da radiação térmica em um referencial que é acelerado no referencial; ausência deste tipo de radiação. Assim, um próton, se tiver um tempo de vida finito, pode sofrer decaimento beta em um pósitron, nêutron ou neutrino, apesar do fato de o próprio processo de tal decaimento ser proibido pelo ZSE.

Uso de prótons em química

Um próton é um átomo de H construído a partir de um único próton e não possui um elétron; portanto, no sentido químico, um próton é um núcleo de um átomo de H. Um nêutron emparelhado com um próton cria o núcleo de um átomo. No PTCE de Dmitry Ivanovich Mendeleev, o número do elemento indica o número de prótons no átomo de um elemento específico, e o número do elemento é determinado pela carga atômica.

Os cátions de hidrogênio são aceitadores de elétrons muito fortes. Na química, os prótons são obtidos principalmente de ácidos orgânicos e minerais. A ionização é um método de produção de prótons em fases gasosas.

Os prótons participam das reações termonucleares, que são a principal fonte de energia gerada pelas estrelas. Em particular, reações pp.-ciclo, que é a fonte de quase toda a energia emitida pelo Sol, resume-se à combinação de quatro prótons em um núcleo de hélio-4 com a transformação de dois prótons em nêutrons.

Na física, próton é denotado p(ou p+). A designação química do próton (considerado um íon de hidrogênio positivo) é H +, a designação astrofísica é HII.

Abertura

Propriedades de prótons

A razão entre as massas do próton e do elétron, igual a 1836,152 673 89(17), com precisão de 0,002% é igual ao valor 6π 5 = 1836,118...

A estrutura interna do próton foi estudada experimentalmente pela primeira vez por R. Hofstadter estudando colisões de um feixe de elétrons de alta energia (2 GeV) com prótons (Prêmio Nobel de Física 1961). O próton consiste em um núcleo pesado (núcleo) com raio de cm, com alta densidade de massa e carga, carregando ≈ 35% (\estilo de exibição \aprox 35\,\%) carga elétrica do próton e da camada relativamente rarefeita que o rodeia. À distância de ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 0(,)25\cdot 10^(-13)) antes ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm, esta concha consiste principalmente em mésons ρ e π virtuais carregando ≈ 50% (\estilo de exibição \aprox 50\,\%) carga elétrica do próton, então à distância ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm estende uma camada de mésons ω e π virtuais, carregando ~ 15% da carga elétrica do próton.

A pressão no centro do próton criado pelos quarks é de cerca de 10 35 Pa (10 30 atmosferas), ou seja, maior que a pressão dentro das estrelas de nêutrons.

O momento magnético de um próton é medido medindo a razão entre a frequência de ressonância de precessão do momento magnético do próton em um determinado campo magnético uniforme e a frequência do cíclotron da órbita circular do próton no mesmo campo.

Existem três grandezas físicas associadas a um próton que têm a dimensão de comprimento:

Medições do raio do próton usando átomos de hidrogênio comuns, realizadas por vários métodos desde a década de 1960, levaram (CODATA -2014) ao resultado 0,8751 ± 0,0061 femtômetro(1 fm = 10 −15 m). Os primeiros experimentos com átomos de hidrogênio muônicos (onde o elétron é substituído por um múon) deram um resultado 4% menor para este raio: 0,84184 ± 0,00067 fm. As razões para esta diferença ainda não são claras.

Estabilidade

O próton livre é estável, estudos experimentais não revelaram quaisquer sinais de seu decaimento (o limite inferior do tempo de vida é 2,9⋅10 29 anos, independentemente do canal de decaimento, 1,6⋅10 34 anos para decaimento em um pósitron e píon neutro, 7,7⋅ 10 33 anos para decaimento em múon positivo e píon neutro). Como o próton é o mais leve dos bárions, a estabilidade do próton é uma consequência da lei de conservação do número bárion - um próton não pode decair em nenhuma partícula mais leve (por exemplo, em um pósitron e um neutrino) sem violar esta lei. No entanto, muitas extensões teóricas do Modelo Padrão prevêem processos (ainda não observados) que resultariam na não conservação do número bariônico e, portanto, no decaimento de prótons.

Um próton ligado a um núcleo atômico é capaz de capturar um elétron da camada eletrônica K, L ou M do átomo (a chamada “captura de elétrons”). Um próton do núcleo atômico, tendo absorvido um elétron, transforma-se em um nêutron e emite simultaneamente um neutrino: p + e - →+ν e . Um “buraco” na camada K, L ou M formado pela captura de elétrons é preenchido com um elétron de uma das camadas de elétrons sobrejacentes do átomo, emitindo raios X característicos correspondentes ao número atômico. Z− 1 e/ou elétrons Auger. Mais de 1000 isótopos de 7 são conhecidos
4 a 262
105, decaindo por captura de elétrons. Com energias de decaimento disponíveis suficientemente altas (acima 2eu e c 2 ≈ 1,022MeV) um canal de decaimento concorrente se abre - decaimento de pósitrons p→ +e ++ν e . Deve-se enfatizar que esses processos são possíveis apenas para um próton em alguns núcleos, onde a energia que falta é reposta pela transição do nêutron resultante para uma camada nuclear inferior; para um próton livre eles são proibidos pela lei de conservação de energia.

A fonte de prótons na química são os ácidos minerais (nítrico, sulfúrico, fosfórico e outros) e orgânicos (fórmico, acético, oxálico e outros). Em solução aquosa, os ácidos são capazes de se dissociar com a eliminação de um próton, formando um cátion hidrônio.

Na fase gasosa, os prótons são obtidos por ionização - a remoção de um elétron de um átomo de hidrogênio. O potencial de ionização de um átomo de hidrogênio não excitado é 13,595 eV. Quando o hidrogênio molecular é ionizado por elétrons rápidos à pressão atmosférica e à temperatura ambiente, o íon hidrogênio molecular (H 2 +) é inicialmente formado - um sistema físico que consiste em dois prótons mantidos juntos a uma distância de 1,06 por um elétron. A estabilidade de tal sistema, segundo Pauling, é causada pela ressonância de um elétron entre dois prótons com “frequência de ressonância” igual a 7·10 14 s −1. Quando a temperatura sobe para vários milhares de graus, a composição dos produtos de ionização do hidrogênio muda em favor dos prótons - H +.

Aplicativo

Feixes de prótons acelerados são utilizados em física experimental de partículas elementares (estudo de processos de espalhamento e produção de feixes de outras partículas), em medicina (terapia de prótons para câncer).

Veja também

Notas

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Constantes físicas fundamentais --- Lista completa
Valor CODATA: massa do próton
Valor CODATA: massa do próton em você
Ahmed S.; e outros. (2004). “Restrições ao decaimento de núcleos por meio de modos invisíveis do Observatório de Neutrinos de Sudbury.” Cartas de revisão física. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
Valor CODATA: energia equivalente da massa do próton em MeV
Valor CODATA: razão de massa próton-elétron
, Com. 67.
Hofstadter P. Estrutura de núcleos e núcleons // Phys. - 1963. - T. 81, nº 1. - P. 185-200. -ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
Shchelkin K. I. Processos virtuais e estrutura do núcleo // Física do micromundo - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
Jdanov G.B. Espalhamento elástico, interações periféricas e ressonâncias // Partículas de alta energia. Altas energias no espaço e laboratórios - M.: Nauka, 1965. - P. 132.
Burkert VD, Elouadrhiri L., Girod FX. A distribuição de pressão dentro do próton // Natureza. - 2018. - Maio (vol. 557, nº 7705). - S. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
Bethe, G., Morrison F. Teoria elementar do núcleo. - M: IL, 1956. - P. 48.

Próton (partícula elementar)

A teoria de campo das partículas elementares, operando no âmbito da CIÊNCIA, baseia-se em fundamentos comprovados pela FÍSICA:

Eletrodinâmica clássica,
Mecânica quântica (sem partículas virtuais que contrariem a lei da conservação da energia),
As leis de conservação são leis fundamentais da física.

Esta é a diferença fundamental entre a abordagem científica utilizada pela teoria de campo das partículas elementares - uma verdadeira teoria deve operar estritamente dentro das leis da natureza: isto é CIÊNCIA.

Usar partículas elementares que não existem na natureza, inventar interações fundamentais que não existem na natureza, ou substituir interações existentes na natureza por outras fabulosas, ignorando as leis da natureza, engajando-se em manipulações matemáticas com elas (criando a aparência da ciência) - esse é o lote de CONTOS DE FADA passados como ciência. Como resultado, a física entrou no mundo dos contos de fadas matemáticos. Personagens de contos de fadas do Modelo Padrão (quarks com glúons), juntamente com grávitons de contos de fadas e contos de fadas da “Teoria Quântica”, já penetraram nos livros de física - e estão enganando as crianças, fazendo passar os contos de fadas matemáticos como realidade. Os defensores da Nova Física honesta tentaram resistir a isso, mas as forças não eram iguais. E assim foi até 2010, antes do advento da teoria de campo das partículas elementares, quando a luta pelo renascimento da FÍSICA-CIÊNCIA passou para o nível de confronto aberto entre a teoria científica genuína e os contos de fadas matemáticos que tomaram o poder na física de o micromundo (e não só).

Mas a humanidade não teria conhecido as conquistas da Nova Física sem a Internet, os motores de busca e a capacidade de falar livremente a verdade nas páginas do site. Quanto às publicações que ganham dinheiro com a ciência, quem as lê hoje por dinheiro, quando é possível obter de forma rápida e gratuita as informações necessárias na Internet.

1 Um próton é uma partícula elementar
2 Quando a física permaneceu uma ciência
3 Próton na física
4 raio de prótons
5 Momento magnético de um próton
6 Campo elétrico de um próton

Ernest Rutherford em 1919, irradiando núcleos de nitrogênio com partículas alfa, observou a formação de núcleos de hidrogênio. Rutherford chamou a partícula resultante da colisão de próton. As primeiras fotografias de rastros de prótons em uma câmara de nuvens foram tiradas em 1925 por Patrick Blackett. Mas os próprios iões de hidrogénio (que são protões) eram conhecidos muito antes das experiências de Rutherford.
Hoje, no século 21, a física pode dizer muito mais sobre os prótons.

1 Próton é uma partícula elementar

As ideias da física sobre a estrutura do próton mudaram à medida que a física se desenvolveu.
A física inicialmente considerou o próton uma partícula elementar até 1964, quando GellMann e Zweig propuseram independentemente a hipótese do quark.

Inicialmente, o modelo de quarks dos hádrons estava limitado a apenas três quarks hipotéticos e suas antipartículas. Isso permitiu descrever corretamente o espectro de partículas elementares então conhecido, sem levar em conta os léptons, que não se enquadravam no modelo proposto e, portanto, eram reconhecidos como elementares, junto com os quarks. O preço disso foi a introdução de cargas elétricas fracionárias que não existem na natureza. Então, à medida que a física se desenvolveu e novos dados experimentais se tornaram disponíveis, o modelo de quarks gradualmente cresceu e se transformou, tornando-se eventualmente o Modelo Padrão.

Os físicos têm procurado diligentemente por novas partículas hipotéticas. A busca pelos quarks foi feita nos raios cósmicos, na natureza (já que sua carga elétrica fracionária não pode ser compensada) e nos aceleradores.
Décadas se passaram, o poder dos aceleradores cresceu e o resultado da busca por quarks hipotéticos foi sempre o mesmo: Quarks NÃO são encontrados na natureza.

Vendo a perspectiva da morte do modelo quark (e depois do modelo Padrão), seus defensores compuseram e transmitiram à humanidade um conto de fadas em que vestígios de quarks foram observados em alguns experimentos. - É impossível verificar esta informação - os dados experimentais são processados através do Modelo Padrão e sempre fornecerão algo conforme o necessário. A história da física conhece exemplos em que, em vez de uma partícula, outra entrou - a última manipulação de dados experimentais foi o deslizamento de um méson vetorial como um fabuloso bóson de Higgs, supostamente responsável pela massa das partículas, mas ao mesmo tempo tempo não criando seu campo gravitacional. Este conto matemático recebeu até o Prêmio Nobel de Física. No nosso caso, ondas estacionárias de um campo eletromagnético alternado, sobre o qual foram escritas teorias ondulatórias de partículas elementares, foram introduzidas como quarks fadas.

Quando o trono sob o modelo padrão começou a tremer novamente, seus apoiadores compuseram e entregaram à humanidade um novo conto de fadas para os mais pequenos, chamado “Confinamento”. Qualquer pessoa pensante verá imediatamente nisso uma zombaria da lei da conservação da energia - uma lei fundamental da natureza. Mas os defensores do Modelo Padrão não querem ver a REALIDADE.

2 Quando a física permaneceu uma ciência

Quando a física ainda era uma ciência, a verdade era determinada não pela opinião da maioria - mas por experimentos. Esta é a diferença fundamental entre a FÍSICA-CIÊNCIA e os contos de fadas matemáticos apresentados como física.
Todos os experimentos em busca de quarks hipotéticos(exceto, é claro, por escorregar em suas crenças sob o pretexto de dados experimentais) mostraram claramente: NÃO existem quarks na natureza.

Agora os defensores do Modelo Padrão estão tentando substituir o resultado de todos os experimentos, que se tornaram uma sentença de morte para o Modelo Padrão, pela sua opinião coletiva, fazendo-a passar por realidade. Mas não importa quanto tempo o conto de fadas continue, ainda haverá um fim. A única questão é que tipo de fim será: os defensores do Modelo Padrão mostrarão inteligência, coragem e mudarão de posição seguindo o veredicto unânime dos experimentos (ou melhor: o veredicto da NATUREZA), ou serão relegados à história em meio a riso universal Nova física - física do século 21, como contadores de histórias que tentaram enganar toda a humanidade. A escolha é deles.

Agora, sobre o próton em si.

3 Próton na física

Próton - partícula elementar número quântico L=3/2 (spin = 1/2) - grupo bárion, subgrupo próton, carga elétrica +e (sistematização segundo a teoria de campo das partículas elementares).
De acordo com a teoria de campo das partículas elementares (teoria construída com base científica e a única que recebeu o espectro correto de todas as partículas elementares), um próton consiste em um campo eletromagnético alternado polarizado giratório com uma componente constante. Todas as declarações infundadas do Modelo Padrão de que o próton supostamente consiste em quarks nada têm a ver com a realidade. - A física provou experimentalmente que o próton possui campos eletromagnéticos e também um campo gravitacional. A física adivinhou brilhantemente que as partículas elementares não apenas têm, mas consistem em campos eletromagnéticos há 100 anos, mas não foi possível construir uma teoria até 2010. Agora, em 2015, surgiu também uma teoria da gravidade das partículas elementares, que estabeleceu a natureza eletromagnética da gravidade e obteve as equações do campo gravitacional das partículas elementares, diferentes das equações da gravidade, com base nas quais mais de um matemático conto de fadas em física foi construído.

No momento, a teoria de campo das partículas elementares (ao contrário do Modelo Padrão) não contradiz os dados experimentais sobre a estrutura e o espectro das partículas elementares e, portanto, pode ser considerada pela física como uma teoria que funciona na natureza.

Estrutura do campo eletromagnético de um próton(Campo elétrico constante E, campo magnético constante H, campo eletromagnético alternado marcado em amarelo)
Balanço energético (porcentagem da energia interna total):

campo elétrico constante (E) - 0,346%,
campo magnético constante (H) - 7,44%,
campo eletromagnético alternado - 92,21%.

Segue-se que para o próton m 0~ =0,9221m 0 e cerca de 8 por cento de sua massa está concentrada em campos elétricos e magnéticos constantes. A razão entre a energia concentrada num campo magnético constante de um próton e a energia concentrada num campo elétrico constante é 21,48. Isso explica a presença de forças nucleares no próton.

O campo elétrico de um próton consiste em duas regiões: uma região externa com carga positiva e uma região interna com carga negativa. A diferença nas cargas das regiões externa e interna determina a carga elétrica total do próton +e. Sua quantização é baseada na geometria e estrutura das partículas elementares.

E é assim que se parecem as interações fundamentais das partículas elementares que realmente existem na natureza:

4 Raio de próton

A teoria de campo das partículas elementares define o raio (r) de uma partícula como a distância do centro ao ponto em que a densidade de massa máxima é alcançada.

Para um próton, será 3,4212 ∙10 -16 m. A isso devemos somar a espessura da camada do campo eletromagnético, e será obtido o raio da região do espaço ocupada pelo próton:

Para um próton, isso será 4,5616 ∙10 -16 m. Assim, o limite externo do próton está localizado a uma distância de 4,5616 ∙10 -16 m do centro da partícula. o campo elétrico e magnético constante do próton, de acordo com as leis da eletrodinâmica, está fora deste raio.

5 Momento magnético de um próton

Em contraste com a teoria quântica, a teoria de campo das partículas elementares afirma que os campos magnéticos das partículas elementares não são criados pela rotação do spin das cargas elétricas, mas existem simultaneamente com um campo elétrico constante como um componente constante do campo eletromagnético. É por isso Todas as partículas elementares com número quântico L>0 possuem campos magnéticos constantes.
A teoria de campo das partículas elementares não considera o momento magnético do próton anômalo - seu valor é determinado por um conjunto de números quânticos na medida em que a mecânica quântica funciona em uma partícula elementar.
Assim, o principal momento magnético de um próton é criado por duas correntes:

(+) com momento magnético +2 (eħ/m 0 s)
(-) com momento magnético -0,5 (eħ/m 0 s)

Para obter o momento magnético resultante de um próton, é necessário somar ambos os momentos, multiplicar pela porcentagem de energia contida no campo eletromagnético alternado de onda do próton (dividido por 100%) e somar o componente de spin (ver Teoria de campo de partículas elementares. Parte 2, seção 3.2), como resultado obtemos 1,3964237 eh/m 0p c. Para converter em magnetons nucleares comuns, o número resultante deve ser multiplicado por dois - no final temos 2,7928474.

Quando a física assumiu que os momentos magnéticos das partículas elementares são criados pela rotação do spin da sua carga eléctrica, foram propostas unidades apropriadas para medi-los: para o protão é eh/2m 0p c (lembre-se que o valor do spin do protão é 1 /2) chamado magneton nuclear. Agora, 1/2 poderia ser omitido, por não carregar carga semântica, e deixado simplesmente eh/m 0p c.

Mas, falando sério, não existem correntes elétricas dentro das partículas elementares, mas existem campos magnéticos (e não existem cargas elétricas, mas existem campos elétricos). É impossível substituir campos magnéticos genuínos de partículas elementares por campos magnéticos de correntes (assim como campos elétricos genuínos de partículas elementares por campos de cargas elétricas), sem perda de precisão - esses campos têm uma natureza diferente. Há alguma outra eletrodinâmica aqui - a Eletrodinâmica da Física de Campo, que ainda não foi criada, como a própria Física de Campo.

6 Campo elétrico de um próton

6.1 Campo elétrico de prótons na zona distante

O conhecimento da física sobre a estrutura do campo elétrico do próton mudou à medida que a física se desenvolveu. Inicialmente, acreditava-se que o campo elétrico de um próton era o campo de uma carga elétrica pontual +e. Para este campo haverá:
potencial o campo elétrico de um próton no ponto (A) na zona distante (r > > r p) exatamente, no sistema SI é igual a:

tensão E do campo elétrico do próton na zona distante (r > > r p) exatamente, no sistema SI é igual a:

Onde n = R/|r| - vetor unitário do centro do próton na direção do ponto de observação (A), r - distância do centro do próton ao ponto de observação, e - carga elétrica elementar, os vetores estão em negrito, ε 0 - constante elétrica, r p =Lħ /(m 0~ c ) é o raio de um próton na teoria de campo, L é o principal número quântico de um próton na teoria de campo, ħ é a constante de Planck, m 0~ é a quantidade de massa contida em um campo eletromagnético alternado de um próton em repouso, C é a velocidade da luz. (Não há multiplicador no sistema GHS. Multiplicador SI.)

Estas expressões matemáticas estão corretas para a zona distante do campo elétrico do próton: r p , mas a física assumiu então que a sua validade também se estendia à zona próxima, até distâncias da ordem de 10 -14 cm.

6.2 Cargas elétricas de um próton

Na primeira metade do século 20, a física acreditava que um próton tinha apenas uma carga elétrica e era igual a +e.

Após o surgimento da hipótese dos quarks, a física sugeriu que dentro de um próton não há uma, mas três cargas elétricas: duas cargas elétricas +2e/3 e uma carga elétrica -e/3. No total, essas cargas dão +e. Isso foi feito porque a física sugeriu que o próton tem uma estrutura complexa e consiste em dois quarks up com carga de +2e/3 e um quark d com carga de -e/3. Mas os quarks não foram encontrados nem na natureza nem em aceleradores de nenhuma energia, e restava acreditar na sua existência (que foi o que fizeram os defensores do Modelo Padrão) ou procurar outra estrutura de partículas elementares. Mas, ao mesmo tempo, informações experimentais sobre partículas elementares acumulavam-se constantemente na física e, quando se acumulavam o suficiente para repensar o que havia sido feito, nasceu a teoria de campo das partículas elementares.

De acordo com a teoria de campo das partículas elementares, o campo elétrico constante de partículas elementares com número quântico L>0, tanto carregadas quanto neutras, é criado pela componente constante do campo eletromagnético da partícula elementar correspondente(não é a carga elétrica a causa raiz do campo elétrico, como acreditava a física no século 19, mas os campos elétricos das partículas elementares são tais que correspondem aos campos das cargas elétricas). E o campo de carga elétrica surge pela presença de assimetria entre os hemisférios externo e interno, gerando campos elétricos de sinais opostos. Para partículas elementares carregadas, um campo de carga elétrica elementar é gerado na zona distante, e o sinal da carga elétrica é determinado pelo sinal do campo elétrico gerado pelo hemisfério externo. Na zona próxima, este campo tem uma estrutura complexa e é um dipolo, mas não possui momento de dipolo. Para uma descrição aproximada deste campo como um sistema de cargas pontuais, serão necessários pelo menos 6 “quarks” dentro do próton - será mais preciso se considerarmos 8 “quarks”. É claro que as cargas elétricas de tais “quarks” serão completamente diferentes daquelas que o modelo padrão (com seus quarks) considera.

A teoria de campo das partículas elementares estabeleceu que o próton, como qualquer outra partícula elementar carregada positivamente, pode ser distinguido duas cargas elétricas e, consequentemente, dois raios elétricos:

raio elétrico do campo elétrico constante externo (carga q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
raio elétrico do campo elétrico constante interno (carga q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.

Estas características do campo elétrico do próton correspondem à distribuição da 1ª teoria de campo das partículas elementares. A física ainda não estabeleceu experimentalmente a precisão desta distribuição e qual distribuição corresponde com mais precisão à estrutura real do campo elétrico constante de um próton na zona próxima, bem como à estrutura do campo elétrico de um próton na zona próxima (em distâncias da ordem de r p). Como você pode ver, as cargas elétricas têm magnitude próxima às cargas dos supostos quarks (+4/3e=+1,333e e -1/3e=-0,333e) no próton, mas diferentemente dos quarks, os campos eletromagnéticos existem em natureza, e têm uma estrutura semelhante de constante Qualquer partícula elementar carregada positivamente tem um campo elétrico, independentemente da magnitude do spin e... .

Os valores dos raios elétricos para cada partícula elementar são únicos e são determinados pelo número quântico principal na teoria de campo L, o valor da massa restante, a porcentagem de energia contida no campo eletromagnético alternado (onde funciona a mecânica quântica ) e a estrutura da componente constante do campo eletromagnético da partícula elementar (a mesma para todas as partículas elementares dada pelo número quântico principal L), gerando um campo elétrico constante externo. O raio elétrico indica a localização média de uma carga elétrica distribuída uniformemente em torno da circunferência, criando um campo elétrico semelhante. Ambas as cargas elétricas estão no mesmo plano (o plano de rotação do campo eletromagnético alternado da partícula elementar) e possuem um centro comum que coincide com o centro de rotação do campo eletromagnético alternado da partícula elementar.

6.3 Campo elétrico de um próton na zona próxima

Conhecendo a magnitude das cargas elétricas no interior de uma partícula elementar e sua localização, é possível determinar o campo elétrico por elas criado.

o campo elétrico de um próton na zona próxima (r~r p), no sistema SI, como soma vetorial, é aproximadamente igual a:

Onde n+ = r +/|r + | - vetor unitário do ponto próximo (1) ou distante (2) da carga do próton q + na direção do ponto de observação (A), n- = r-/|r - | - vetor unitário do ponto próximo (1) ou distante (2) da carga do próton q - na direção do ponto de observação (A), r - a distância do centro do próton até a projeção do ponto de observação em o plano do próton, q + - carga elétrica externa +1,25e, q - - carga elétrica interna -0,25e, os vetores estão destacados em negrito, ε 0 - constante elétrica, z - altura do ponto de observação (A) (distância do ponto de observação para o plano do próton), r 0 - parâmetro de normalização. (Não há multiplicador no sistema GHS. Multiplicador SI.)

Esta expressão matemática é uma soma de vetores e deve ser calculada segundo as regras de adição de vetores, pois se trata de um campo de duas cargas elétricas distribuídas (+1,25e e -0,25e). O primeiro e o terceiro termos correspondem aos pontos próximos das cargas, o segundo e o quarto - aos distantes. Esta expressão matemática não funciona na região interna (anel) do próton, gerando seus campos constantes (se duas condições forem atendidas simultaneamente: ħ/m 0~ c
Potencial de campo elétrico próton no ponto (A) na zona próxima (r~r p), no sistema SI é aproximadamente igual a:

Onde r 0 é um parâmetro de normalização, cujo valor pode diferir de r 0 na fórmula E. (No sistema SGS não há fator Multiplicador SI.) Esta expressão matemática não funciona na região interna (anel) do próton , gerando seus campos constantes (com a execução simultânea de duas condições: ħ/m 0~ c
A calibração de r 0 para ambas as expressões de campo próximo deve ser realizada no limite da região que gera campos de prótons constantes.

7 Massa de repouso do próton

De acordo com a eletrodinâmica clássica e a fórmula de Einstein, a massa restante das partículas elementares com número quântico L>0, incluindo o próton, é definida como o equivalente à energia de seus campos eletromagnéticos:

onde a integral definida é obtida sobre todo o campo eletromagnético de uma partícula elementar, E é a intensidade do campo elétrico, H é a intensidade do campo magnético. Todos os componentes do campo eletromagnético são levados em consideração aqui: campo elétrico constante, campo magnético constante, campo eletromagnético alternado. Esta fórmula pequena, mas com grande capacidade física, com base na qual são derivadas as equações para o campo gravitacional das partículas elementares, enviará mais de uma “teoria” de conto de fadas para a sucata - é por isso que alguns de seus autores irão odeio.

Como segue da fórmula acima, o valor da massa restante de um próton depende das condições em que o próton está localizado. Assim, ao colocar um próton em um campo elétrico externo constante (por exemplo, um núcleo atômico), afetaremos E 2, o que afetará a massa do próton e sua estabilidade. Uma situação semelhante surgirá quando um próton for colocado em um campo magnético constante. Portanto, algumas propriedades de um próton dentro de um núcleo atômico diferem das mesmas propriedades de um próton livre no vácuo, longe dos campos.

8 Vida útil do próton

O tempo de vida do próton estabelecido pela física corresponde a um próton livre.

A teoria de campo das partículas elementares afirma que o tempo de vida de uma partícula elementar depende das condições em que ela está localizada. Ao colocar um próton em um campo externo (como um elétrico), alteramos a energia contida em seu campo eletromagnético. Você pode escolher o sinal do campo externo para que a energia interna do próton aumente. É possível selecionar um valor tal da intensidade do campo externo que seja possível ao próton decair em um neutrino de nêutron, pósitron e elétron e, portanto, o próton se torna instável. É exatamente isso que se observa nos núcleos atômicos, nos quais o campo elétrico dos prótons vizinhos desencadeia o decaimento do próton do núcleo. Quando energia adicional é introduzida no núcleo, o decaimento do próton pode começar com uma intensidade de campo externo mais baixa.

Uma característica interessante: durante o decaimento de um próton em um núcleo atômico, no campo eletromagnético do núcleo, um pósitron nasce da energia do campo eletromagnético - da “matéria” (próton) nasce a “antimatéria” (pósitron) !!! e isso não surpreende ninguém.

9 A verdade sobre o Modelo Padrão

Agora vamos conhecer as informações que os defensores do Modelo Padrão não permitirão que sejam publicadas em sites “politicamente corretos” (como a Wikipedia mundial) nos quais os oponentes da Nova Física podem deletar (ou distorcer) impiedosamente as informações dos apoiadores da Nova Física, em consequência da qual a VERDADE foi vítima da política:

Em 1964, Gellmann e Zweig propuseram independentemente uma hipótese para a existência de quarks, a partir dos quais, em sua opinião, são compostos os hádrons. As novas partículas foram dotadas de uma carga elétrica fracionária que não existe na natureza.
Os léptons NÃO se enquadravam neste modelo Quark, que mais tarde se transformou no Modelo Padrão e, portanto, foram reconhecidos como partículas verdadeiramente elementares.
Para explicar a conexão dos quarks no hádron, foi assumida a existência na natureza de uma interação forte e seus portadores, os glúons. Os glúons, como esperado na Teoria Quântica, eram dotados de spin unitário, identidade de partícula e antipartícula e massa de repouso zero, como um fóton.
Na realidade, na natureza não existe uma forte interação de quarks hipotéticos, mas sim forças nucleares de núcleons - e estes são conceitos diferentes.

50 anos se passaram. Quarks nunca foram encontrados na natureza e um novo conto de fadas matemático foi inventado para nós chamado “Confinamento”. Uma pessoa pensante pode facilmente ver nisso um flagrante desrespeito pela lei fundamental da natureza - a lei da conservação da energia. Mas uma pessoa pensante fará isso, e os contadores de histórias receberam uma desculpa que lhes convinha.

Os glúons também NÃO foram encontrados na natureza. O fato é que apenas os mésons vetoriais (e mais um dos estados excitados dos mésons) podem ter spin unitário na natureza, mas cada méson vetorial possui uma antipartícula. - É por isso mésons vetoriais não são candidatos adequados para “glúons”. Os primeiros nove estados excitados dos mésons permanecem, mas 2 deles contradizem o próprio Modelo Padrão e o Modelo Padrão não reconhece sua existência na natureza, e o restante foi bem estudado pela física, e não será possível ignorá-los. como glúons fabulosos. Há uma última opção: passar o estado ligado de um par de léptons (múons ou léptons tau) como um glúon - mas mesmo isso pode ser calculado durante o decaimento.

Então, Também não existem glúons na natureza, assim como não existem quarks e a interação forte fictícia na natureza..
Você acha que os defensores do Modelo Padrão não entendem isso – eles ainda entendem, mas é repugnante admitir a falácia do que eles têm feito há décadas. É por isso que vemos novos contos de fadas matemáticos (“teoria” das cordas, etc.).

10 Nova física: Próton - resumo

Na parte principal do artigo não falei detalhadamente sobre quarks de fadas (com glúons de fadas), pois eles NÃO estão na natureza e não adianta encher a cabeça com contos de fadas (desnecessariamente) - e sem os elementos fundamentais de a base: quarks com glúons, o modelo padrão entrou em colapso - o tempo de seu domínio na física COMPLETO (ver Modelo Padrão).

Você pode ignorar o lugar do eletromagnetismo na natureza pelo tempo que quiser (encontrando-o a cada passo: luz, radiação térmica, eletricidade, televisão, rádio, comunicações telefônicas, inclusive celular, a Internet, sem as quais a humanidade não teria conhecido a existência das partículas elementares da Teoria do Campo, ...), e continuar a inventar novos contos de fadas para substituir os falidos, fazendo-os passar por ciência; você pode, com persistência digna de melhor aproveitamento, continuar repetindo os CONTOS memorizados do Modelo Padrão e da Teoria Quântica; mas os campos eletromagnéticos na natureza foram, são, serão e podem funcionar perfeitamente sem partículas virtuais de contos de fadas, bem como a gravidade criada por campos eletromagnéticos, mas os contos de fadas têm um momento de nascimento e um momento em que deixam de influenciar as pessoas. Quanto à natureza, ela NÃO se importa com contos de fadas ou qualquer outra atividade literária do homem, mesmo que por eles seja concedido o Prêmio Nobel de Física. A natureza está estruturada da forma como está estruturada, e a tarefa da FÍSICA-CIÊNCIA é compreendê-la e descrevê-la.

Agora um novo mundo se abriu diante de vocês - o mundo dos campos dipolos, cuja existência a física do século 20 nem sequer suspeitava. Você viu que um próton não tem uma, mas duas cargas elétricas (externas e internas) e dois raios elétricos correspondentes. Você viu em que consiste a massa restante de um próton e que o bóson de Higgs imaginário estava fora de serviço (as decisões do Comitê do Nobel ainda não são leis da natureza...). Além disso, a magnitude da massa e do tempo de vida dependem dos campos em que o próton está localizado. Só porque um próton livre é estável não significa que ele permanecerá estável sempre e em qualquer lugar (os decaimentos de prótons são observados em núcleos atômicos). Tudo isso vai além dos conceitos que dominaram a física na segunda metade do século XX. - Física do século 21 - A nova física avança para um novo nível de conhecimento da matéria, e novas descobertas interessantes nos aguardam.

Vladimir Gorunovich

DEFINIÇÃO

Prótoné uma partícula estável pertencente à classe dos hádrons, que é o núcleo de um átomo de hidrogênio.

Os cientistas discordam sobre qual evento científico deveria ser considerado a descoberta do próton. Um papel importante na descoberta do próton foi desempenhado por:

criação por E. Rutherford de um modelo planetário do átomo;
descoberta de isótopos por F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
observações do comportamento dos núcleos dos átomos de hidrogênio quando são eliminados por partículas alfa dos núcleos de nitrogênio por E. Rutherford.

As primeiras fotografias de trilhas de prótons foram obtidas por P. Blackett em uma câmara de nuvens enquanto estudava os processos de transformação artificial de elementos. Blackett estudou o processo de captura de partículas alfa por núcleos de nitrogênio. Neste processo, um próton foi emitido e o núcleo de nitrogênio foi convertido em um isótopo de oxigênio.

Os prótons, juntamente com os nêutrons, fazem parte dos núcleos de todos os elementos químicos. O número de prótons no núcleo determina o número atômico do elemento na tabela periódica D.I. Mendeleev.

Um próton é uma partícula carregada positivamente. Sua carga é igual em magnitude à carga elementar, ou seja, o valor da carga do elétron. A carga de um próton é frequentemente denotada como, então podemos escrever que:

Atualmente acredita-se que o próton não é uma partícula elementar. Possui uma estrutura complexa e consiste em dois quarks u e um quark d. A carga elétrica de um quark u () é positiva e é igual a

A carga elétrica de um quark d () é negativa e igual a:

Quarks conectam a troca de glúons, que são quanta de campo e suportam forte interação. O fato de os prótons terem vários centros de espalhamento pontuais em sua estrutura é confirmado por experimentos sobre o espalhamento de elétrons por prótons.

O próton tem um tamanho finito, sobre o qual os cientistas ainda discutem. Atualmente, o próton é representado como uma nuvem com limites borrados. Tal fronteira consiste em partículas virtuais constantemente emergentes e aniquiladas. Mas na maioria dos problemas simples, um próton pode, obviamente, ser considerado uma carga pontual. A massa restante de um próton () é aproximadamente igual a:

A massa de um próton é 1836 vezes maior que a massa de um elétron.

Os prótons participam de todas as interações fundamentais: interações fortes unem prótons e nêutrons em núcleos, elétrons e prótons unem-se em átomos usando interações eletromagnéticas. Como interação fraca, podemos citar, por exemplo, o decaimento beta de um nêutron (n):

onde p é próton; — elétron; - antineutrino.

O decaimento do próton ainda não foi obtido. Este é um dos importantes problemas modernos da física, uma vez que esta descoberta seria um passo significativo na compreensão da unidade das forças da natureza.

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

Exercício

Os núcleos do átomo de sódio são bombardeados com prótons. Qual é a força de repulsão eletrostática de um próton do núcleo de um átomo se o próton estiver a uma distância

m. Considere que a carga do núcleo de um átomo de sódio é 11 vezes maior que a carga de um próton. A influência da camada eletrônica do átomo de sódio pode ser ignorada.

Solução

Como base para resolver o problema, tomaremos a lei de Coulomb, que pode ser escrita para o nosso problema (assumindo que as partículas são pontuais) da seguinte forma:

onde F é a força de interação eletrostática de partículas carregadas; Cl—carga de próton; - carga do núcleo do átomo de sódio; - constante dielétrica do vácuo; - constante elétrica. Usando os dados que temos, podemos calcular a força repulsiva necessária:

Responder

EXEMPLO 2

Exercício

Considerando o modelo mais simples do átomo de hidrogênio, acredita-se que o elétron se move em uma órbita circular ao redor do próton (núcleo do átomo de hidrogênio). Qual é a velocidade de um elétron se o raio de sua órbita é m?

Solução

Consideremos as forças (Fig. 1) que atuam sobre um elétron que se move em círculo. Esta é a força de atração do próton. De acordo com a lei de Coulomb, escrevemos que seu valor é igual a ():

onde =— carga do elétron; - carga de prótons; - constante elétrica. A força de atração entre um elétron e um próton em qualquer ponto da órbita do elétron é direcionada do elétron para o próton ao longo do raio do círculo.

Antigamente, acreditava-se que a menor unidade estrutural de qualquer substância era uma molécula. Então, com a invenção de microscópios mais poderosos, a humanidade ficou surpresa ao descobrir o conceito de átomo – uma partícula composta de moléculas. Pareceria muito menos? Enquanto isso, descobriu-se ainda mais tarde que o átomo, por sua vez, consiste em elementos menores.

No início do século XX, um físico britânico descobriu a presença de núcleos no átomo - estruturas centrais; foi este momento que marcou o início de uma série de descobertas intermináveis sobre a estrutura do menor elemento estrutural da matéria;

Hoje, com base no modelo nuclear e graças a numerosos estudos, sabe-se que o átomo é constituído por um núcleo rodeado por Nuvem de elétrons. Essa “nuvem” contém elétrons, ou partículas elementares com carga negativa. O núcleo, ao contrário, inclui partículas com carga eletricamente positiva, chamadas prótons. O físico britânico já mencionado acima conseguiu observar e posteriormente descrever este fenômeno. Em 1919, ele conduziu um experimento no qual partículas alfa eliminaram núcleos de hidrogênio dos núcleos de outros elementos. Assim, ele conseguiu descobrir e provar que os prótons nada mais são do que um núcleo sem um único elétron. Na física moderna, os prótons são simbolizados pelo símbolo p ou p+ (denotando uma carga positiva).

Próton traduzido do grego significa “primeiro, básico” - uma partícula elementar pertencente à classe bárions, aqueles. relativamente pesado É uma estrutura estável, sua vida útil é superior a 2,9 x 10(29) anos.

A rigor, além do próton, também contém nêutrons, que, pelo nome, têm carga neutra. Ambos os elementos são chamados núcleons.

A massa do próton, devido a circunstâncias bastante óbvias, não pôde ser medida por muito tempo. Agora sabe-se que é

mp = 1,67262∙10-27 kg.

É exatamente assim que se parece a massa restante de um próton.

Passemos a considerar a compreensão da massa do próton que é específica de diferentes áreas da física.

A massa de uma partícula no âmbito da física nuclear muitas vezes assume uma forma diferente; sua unidade de medida é amu;

A.e.m. - unidade de massa atômica. Um amu é igual a 1/12 da massa de um átomo de carbono, cujo número de massa é 12. Portanto, 1 unidade de massa atômica é igual a 1,66057 10-27 kg.

A massa de um próton, portanto, fica assim:

mp = 1,007276 a. comer.

Existe outra forma de expressar a massa desta partícula carregada positivamente, utilizando diferentes unidades de medida. Para fazer isso, primeiro você precisa aceitar como axioma a equivalência de massa e energia E=mc2. Onde c - e m é a massa corporal.

A massa do próton, neste caso, será medida em megaelétron-volts ou MeV. Esta unidade de medida é utilizada exclusivamente em física nuclear e atômica e serve para medir a energia necessária para transferir uma partícula entre dois pontos em C com a condição de que a diferença de potencial entre esses pontos seja de 1 Volt.

Portanto, levando em consideração que 1 da manhã. = 931,494829533852 MeV, a massa do próton é aproximadamente

Esta conclusão foi obtida com base em medições espectroscópicas de massa, e é a massa na forma em que é dada acima que também é comumente chamada de e energia de repouso do próton.

Assim, com base nas necessidades do experimento, a massa da menor partícula pode ser expressa em três valores diferentes, em três unidades de medida diferentes.

Além disso, a massa de um próton pode ser expressa em relação à massa de um elétron, que, como se sabe, é muito “mais pesado” que uma partícula carregada positivamente. A massa, com cálculo aproximado e erros significativos neste caso, será 1836,152672 em relação à massa do elétron.

Popular na categoria: