Milyen részecskéket nevezünk protonoknak és neutronoknak. 3. cikk Az anyagok atomszerkezete

Mi az a neutron? Mi a felépítése, tulajdonságai és funkciói? A neutronok az atomokat alkotó részecskék közül a legnagyobbak, minden anyag építőkövei.

Atomszerkezet

A neutronok az atommagban találhatók, az atom egy sűrű tartományában, amely szintén tele van protonokkal (pozitív töltésű részecskék). Ezt a két elemet egy nukleáris erő tartja össze. A neutronok semleges töltéssel rendelkeznek. A proton pozitív töltése az elektron negatív töltésével párosul, így semleges atom keletkezik. Annak ellenére, hogy az atommag neutronjai nem befolyásolják az atom töltését, mégis számos olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek befolyásolják az atomot, beleértve a radioaktivitás szintjét.

Neutronok, izotópok és radioaktivitás

Az atommagban található részecske egy neutron, amely 0,2%-kal nagyobb, mint a proton. Együtt ugyanannak az elemnek a teljes tömegének 99,99%-át teszik ki, és különböző számú neutront tartalmazhatnak. Amikor a tudósok az atomtömegre utalnak, az átlagos atomtömegre utal. Például a szén általában 6 neutronból és 6 protonból áll, amelyek atomtömege 12, de néha 13 atomtömeggel is megtalálható (6 proton és 7 neutron). A 14-es rendszámú szén is létezik, de ritka. Tehát a szén atomtömege átlagosan 12,011.

Ha az atomoknak különböző számú neutronjuk van, izotópoknak nevezzük őket. A tudósok megtalálták a módját, hogy ezeket a részecskéket a maghoz adják nagyobb izotópok létrehozása érdekében. A neutronok hozzáadása nem befolyásolja az atom töltését, mivel nincs töltésük. Ezek azonban növelik az atom radioaktivitását. Ez nagyon instabil atomokat eredményezhet, amelyek nagy mennyiségű energiát bocsáthatnak ki.

Mi a mag?

A kémiában az atommag az atom pozitív töltésű központja, amely protonokból és neutronokból áll. A "kernel" szó a latin magból származik, amely a "dió" vagy "mag" szó egyik formája. A kifejezést 1844-ben Michael Faraday alkotta meg az atom középpontjának leírására. Az atommag tanulmányozásával, összetételének és jellemzőinek vizsgálatával foglalkozó tudományokat magfizikának és magkémiának nevezik.

A protonokat és a neutronokat az erős nukleáris erő tartja össze. Az elektronok vonzódnak az atommaghoz, de olyan gyorsan mozognak, hogy forgásuk az atom középpontjától bizonyos távolságra történik. A pluszjelű nukleáris töltés a protonokból származik, de mi az a neutron? Ez egy olyan részecske, amelynek nincs elektromos töltése. Az atom szinte teljes tömege az atommagban található, mivel a protonok és neutronok sokkal nagyobb tömegűek, mint az elektronok. Az atommagban lévő protonok száma határozza meg az atommag elemként való azonosságát. A neutronok száma jelzi, hogy az elem melyik izotópja az atom.

Az atommag mérete

Az atommag sokkal kisebb, mint az atom teljes átmérője, mivel az elektronok távolabb is lehetnek a központtól. A hidrogénatom 145 000-szer nagyobb, mint a magja, az uránatom pedig 23 000-szer nagyobb, mint a központja. A hidrogén atommagja a legkisebb, mert egyetlen protonból áll.

A protonok és neutronok elrendeződése az atommagban

A protonokat és a neutronokat általában úgy ábrázolják, mint amelyek egymáshoz vannak csomagolva és egyenletesen oszlanak el gömbökre. Ez azonban a tényleges szerkezet leegyszerűsítése. Minden nukleon (proton vagy neutron) meghatározott energiaszintet és tartományt foglalhat el. Míg a mag lehet gömb alakú, lehet körte-, gömb- vagy korong alakú is.

A protonok és neutronok magjai barionok, amelyek a legkisebbekből állnak, amelyeket kvarknak neveznek. A vonzóerő nagyon rövid hatótávolságú, ezért a protonoknak és a neutronoknak nagyon közel kell lenniük egymáshoz, hogy megköthetőek legyenek. Ez az erős vonzalom legyőzi a töltött protonok természetes taszítását.

Proton, neutron és elektron

A neutron felfedezése (1932) hatalmas lendületet adott egy olyan tudomány fejlődésének, mint a magfizika. Ezt az angol fizikusnak kell köszönnünk, aki Rutherford tanítványa volt. Mi az a neutron? Ez egy instabil részecske, amely szabad állapotban mindössze 15 perc alatt protonná, elektronná és neutrínóvá, az úgynevezett tömeg nélküli semleges részecskeké bomlik.

A részecske azért kapta a nevét, mert nincs elektromos töltése, semleges. A neutronok rendkívül sűrűek. Izolált állapotban egy neutron tömege csak 1,67·10-27, és ha veszünk egy teáskanálnyit, amely sűrűn van tele neutronokkal, akkor a keletkező anyagdarab több millió tonnát fog nyomni.

Az elem magjában lévő protonok számát atomszámnak nevezzük. Ez a szám adja meg minden elem egyedi azonosítóját. Egyes elemek, például a szén atomjaiban az atommagokban lévő protonok száma mindig azonos, de a neutronok száma változhat. Egy adott elem azon atomját, amelynek az atommagjában meghatározott számú neutron található, izotópnak nevezzük.

Veszélyesek az egyes neutronok?

Mi az a neutron? Ez egy részecske, amely a protonnal együtt benne van, azonban néha önállóan is létezhetnek. Amikor a neutronok az atommagokon kívül vannak, potenciálisan veszélyes tulajdonságokat szereznek. Amikor nagy sebességgel mozognak, halálos sugárzást bocsátanak ki. Az úgynevezett neutronbombák, amelyek arról ismertek, hogy képesek embereket és állatokat ölni, de minimális hatást gyakorolnak az élettelen fizikai struktúrákra.

A neutronok nagyon fontos részei az atomnak. E részecskék nagy sűrűsége, sebességükkel párosulva rendkívüli pusztító erőt és energiát ad nekik. Ennek eredményeként megváltoztathatják vagy akár szét is téphetik az atommagokat, amelyekbe ütköznek. Bár a neutronnak nettó semleges elektromos töltése van, töltött komponensekből áll, amelyek kioltják egymást a töltés tekintetében.

Az atomban lévő neutron egy apró részecske. A protonokhoz hasonlóan túl kicsik ahhoz, hogy még elektronmikroszkóppal is lássuk őket, de ott vannak, mert csak így magyarázható az atomok viselkedése. A neutronok nagyon fontosak egy atom stabilitása szempontjából, de az atomközponton kívül nem léteznek sokáig, és átlagosan mindössze 885 másodperc (kb. 15 perc) alatt bomlanak le.

fejezet első. A STABIL MAGOK TULAJDONSÁGAI

Fentebb már volt szó, hogy az atommag protonokból és neutronokból áll, amelyeket nukleáris erők kötnek meg. Ha egy atommag tömegét atomi tömegegységekben mérjük, akkor annak közel kell lennie a proton tömegének szorozva egy tömegszámnak nevezett egész számhoz. Ha egy atommag töltése tömegszám, ez azt jelenti, hogy az atommag protonokat és neutronokat tartalmaz. (Az atommagban lévő neutronok számát általában jelöljük

A kernel ezen tulajdonságai a szimbolikus jelölésekben jelennek meg, amelyeket később az űrlapon használunk

ahol X annak az elemnek a neve, amelynek atomjához az atommag tartozik (például magok: hélium - , oxigén - , vas - urán

A stabil atommagok fő jellemzői a következők: töltés, tömeg, sugár, mechanikai és mágneses momentumok, gerjesztett állapotok spektruma, paritás és kvadrupólmomentum. A radioaktív (instabil) atommagokat ezenkívül az élettartamuk, a radioaktív átalakulások típusa, a kibocsátott részecskék energiája és számos egyéb speciális tulajdonság jellemzi, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.

Először is vegyük figyelembe az atommagot alkotó elemi részecskék tulajdonságait: a proton és a neutron.

1. § A PROTON ÉS A NEUTRON ALAPVETŐ JELLEMZŐI

Súly. Az elektrontömeg egységeiben: protontömeg, neutrontömeg.

Atomi tömegegységekben: protontömeg, neutrontömeg

Energiaegységekben a proton nyugalmi tömege a neutron nyugalmi tömege.

Elektromos töltés. q egy részecske elektromos térrel való kölcsönhatását jellemzi, elektrontöltési egységekben kifejezve ahol

Minden elemi részecske olyan mennyiségű villamos energiát hordoz, amely egyenlő vagy 0 vagy A proton töltése A neutron töltése nulla.

Spin. A proton és a neutron spinje egyenlő. Mindkét részecske fermion, és engedelmeskedik a Fermi-Dirac statisztikának, tehát a Pauli-elvnek.

Mágneses pillanat. Ha a protontömeget behelyettesítjük a (10) képletbe, amely az elektron tömege helyett az elektron mágneses momentumát határozza meg, akkor azt kapjuk,

A mennyiséget magmagnetonnak nevezzük. Az elektron analógiájával feltételezhető, hogy a proton spin mágneses momentuma egyenlő A tapasztalatok szerint azonban a proton saját mágneses momentuma nagyobb, mint a magmagnetoné: modern adatok szerint

Ezenkívül kiderült, hogy egy töltetlen részecske - egy neutron - mágneses momentuma is különbözik a nullától és egyenlő

A mágneses momentum jelenléte a neutronban és a mágneses momentum ilyen nagy értéke egy protonban ellentmond a részecskék pontszerű természetére vonatkozó feltételezéseknek. Az elmúlt években szerzett számos kísérleti adat arra utal, hogy mind a protonnak, mind a neutronnak összetett, inhomogén szerkezete van. A neutron középpontjában pozitív, a perifériáján pedig a részecske térfogatában eloszló nagyságú negatív töltés található. De mivel a mágneses momentumot nem csak az áramló áram nagysága határozza meg, hanem az általa lefedett terület is, ezért az általuk létrehozott mágneses momentumok nem lesznek egyenlők. Ezért egy neutronnak lehet mágneses momentuma, miközben általában semleges marad.

Nukleonok kölcsönös átalakulása. A neutron tömege 0,14%-kal nagyobb, mint a proton tömege, vagy 2,5-szerese az elektron tömegének,

Szabad állapotban a neutron protonná, elektronná és antineutrínóvá bomlik: átlagos élettartama megközelíti a 17 percet.

A proton egy stabil részecske. Az atommag belsejében azonban neutronná alakulhat; ebben az esetben a reakció a séma szerint megy végbe

A bal és jobb oldali részecskék tömegének különbségét az atommag más nukleonjai által a protonnak adott energia kompenzálja.

A protonnak és a neutronnak ugyanaz a spinje, közel azonos tömege van, és egymásba tudnak átalakulni. Később kiderül, hogy a részecskék között páronként ható nukleáris erők is azonosak. Ezért általános néven nevezik őket - nukleon, és azt mondják, hogy a nukleon két állapotú lehet: proton és neutron, amelyek az elektromágneses mezőhöz való viszonyukban különböznek.

A neutronok és a protonok kölcsönhatásba lépnek olyan nukleáris erők létezése miatt, amelyek természetükben nem elektromosak. Az atomerők a mezonok cseréjének köszönhetik keletkezésüket. Ha ábrázoljuk egy proton és egy kisenergiájú neutron közötti kölcsönhatás potenciális energiájának függését a köztük lévő távolságtól, akkor megközelítőleg úgy fog kinézni, mint az 1. ábrán látható grafikon. 5, a, azaz potenciálkút alakja van.

Rizs. 5. A potenciális kölcsönhatási energia függése a nukleonok távolságától: a - neutron-neutron vagy neutron-proton pároknál; b - proton-proton párhoz

Az egész anyagi világ a modern fizika szerint három elemi részecskéből épül fel: protonból, neutronból és elektronból. Emellett a tudomány szerint az univerzumban vannak más „elemi” anyagrészecskék is, amelyek neve egyértelműen több a normálisnál. Ugyanakkor ezeknek az „elemi részecskéknek” az univerzum létezésében és fejlődésében betöltött szerepe nem világos.

Tekintsük az elemi részecskék másik értelmezését:

Csak egy elemi anyagrészecske létezik - a proton. Az összes többi „elemi részecske”, beleértve a neutront és az elektront is, csak a proton származékai, és nagyon szerény szerepet játszanak az univerzum evolúciójában. Nézzük meg, hogyan keletkeznek ilyen „elemi részecskék”.

Részletesen megvizsgáltuk egy elemi anyagrészecske szerkezetét a „. Röviden az elemi részecskékről:

• Az anyag elemi részecskéjének megnyúlt fonal alakja van a térben.
• Egy elemi részecske képes nyújtani. A nyújtási folyamat során az elemi részecskében lévő anyag sűrűsége csökken.
• Az elemi részecske azon tartományát neveztük el, ahol az anyag sűrűsége felére csökken az anyag kvantumát .
• A mozgás során egy elemi részecske folyamatosan energiát vesz fel (összeomlik).
• energiaelnyelési pont ( megsemmisülési pont ) az elemi részecske mozgásvektorának csúcsán található.
• Pontosabban: az anyag aktív kvantumának csúcsán.
• Az energia elnyelésével egy elemi részecske folyamatosan növeli transzlációs mozgásának sebességét.
• Az anyag elemi részecskéje a dipólus. Amelyben a vonzóerők a részecske elülső részében (a mozgás iránya mentén), a taszító erők pedig a hátsó részében koncentrálódnak.

Az a tulajdonság, hogy elemi a térben, elméletileg az anyagsűrűség nullára való csökkentésének lehetőségét jelenti. Ez pedig mechanikai felszakadásának lehetőségét jelenti: az a hely, ahol egy elemi anyagrészecske felszakad, annak nulla anyagsűrűségű szakaszaként ábrázolható.

A megsemmisülés (energia-abszorpció) folyamatában egy elemi részecske, összeomló energia folyamatosan növeli transzlációs mozgásának sebességét a térben.

A galaxis evolúciója végül eljuttatja az anyag elemi részecskéit arra a pontra, ahol képesek lesznek egymásra szakító hatást kifejteni. Előfordulhat, hogy az elemi részecskék nem találkoznak párhuzamos pályákon, amikor az egyik részecske lassan és simán közeledik a másikhoz, mint egy hajó a mólóhoz. Találkozhatnak a térben és egymással ellentétes pályákon. Ekkor szinte elkerülhetetlen a kemény ütközés, és ennek következtében egy elemi részecske szakadása. Nagyon erős energiazavar hullám alá eshetnek, ami szintén szakadáshoz vezet.

Mik lehetnek azok a „töredékek”, amelyek egy elemi anyagrészecske felszakadása következtében keletkeztek?

Tekintsük azt az esetet, amikor külső hatás hatására egy elemi anyagrészecske - deutérium atom - protonná és neutronná bomlott.

A párszerkezet szakadása nem a kapcsolódásuk pontján következik be - . A párszerkezet két elemi részecskéjének egyike eltörik.

A proton és a neutron szerkezetében különbözik egymástól.

• A proton egy enyhén lerövidített (törés után) elemi részecske,
• A neutron egy olyan szerkezet, amely egy teljes értékű elemi részecskéből és egy „csonkból” áll - az első részecske elülső, könnyű végéből.

Egy teljes értékű elemi részecske összetételében teljes készlettel rendelkezik - „N” anyagkvantum. A protonnak „N-n” anyagkvantuma van. Egy neutronnak „N+n” kvantuma van.

A proton viselkedése egyértelmű. Még az anyag végső kvantumát elvesztve is aktívan folytatja az energiát: új végső kvantumának anyagsűrűsége mindig megfelel a megsemmisülés feltételeinek. Ez az új végső anyagkvantum a megsemmisülés új pontjává válik. Általában a proton a várt módon viselkedik. A protonok tulajdonságait minden fizika tankönyv jól leírja. Csak egy kicsit könnyebb lesz, mint „teljes értékű” testvére - egy teljes értékű elemi anyagrészecske.

A neutron másként viselkedik. Először nézzük meg a neutron szerkezetét. A szerkezete magyarázza „furcsaságát”.

Lényegében egy neutron két részből áll. Az első rész egy teljes értékű elemi anyagrészecske, amelynek elülső végén egy megsemmisülési pont található. A második rész az első elemi részecske erősen lerövidített, könnyed „csonkja”, amely a kettős szerkezet felszakadása után megmarad, és egy megsemmisülési ponttal is rendelkezik. Ezt a két részt megsemmisülési pontok kötik össze. Így a neutronnak kettős annihilációs pontja van.

A gondolkodás logikája azt sugallja, hogy a neuron e két súlyozott része eltérően fog viselkedni. Ha az első rész, amely egy teljes tömegű elemi részecske, a várakozásoknak megfelelően megsemmisíti a szabad energiát, és fokozatosan felgyorsul az univerzum terében, akkor a második, könnyű rész nagyobb sebességgel kezdi megsemmisíteni a szabad energiát.

Egy elemi anyagrészecske mozgása a térben a következőknek köszönhető: a diffundáló energia magával rántja az áramlásaiba fogott részecskét. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb tömegű egy anyagrészecske, annál könnyebben vonják magukkal az energiaáramlások ezt a részecskét, annál nagyobb a részecske sebessége. Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb az energiamennyiség, amely egyidejűleg összehajt egy aktív kvantumot, minél erősebbek a szétszóródó energiaáramlások, annál könnyebben húznak magukkal egy részecskét. Megkapjuk a függőséget: Egy anyagrészecske transzlációs mozgásának sebessége a térben arányos az aktív kvantum anyagának tömegével és fordítottan arányos az anyagrészecske teljes tömegével :

A neutron második, könnyű része tömege sokszor kisebb, mint egy teljes tömegű elemi anyagrészecske tömege. De aktív kvantumaik tömege egyenlő. Vagyis: ugyanolyan sebességgel semmisítik meg az energiát. Azt kapjuk, hogy a neutron második részének transzlációs mozgásának sebessége gyorsan növekszik, és gyorsabban kezdi megsemmisíteni az energiát. (A félreértés elkerülése érdekében a neutron második, könnyű részét elektronnak nevezzük).

neutronrajz

A hirtelen növekvő energiamennyiség, amelyet egy elektron egyidejűleg semmisít meg, miközben a neutron része, a neutron tehetetlenségéhez vezet. Az elektron több energiát kezd megsemmisíteni, mint „szomszédja” - egy teljes értékű elemi részecske. Még nem tud elszakadni a neutronok megsemmisülésének közös pontjától: erőteljes vonzási erők zavarják meg. Ennek eredményeként az elektron a közös megsemmisülési pont mögött kezd „enni”.

Ezzel egyidejűleg az elektron elmozdulni kezd partneréhez képest, és szabadenergia-kondenzációja szomszédja megsemmisülési pontjának hatászónájába esik. Ami azonnal elkezdi „megenni” ezt a páralecsapódást. Az elektron és egy teljes értékű részecske „belső” erőforrásokra való átváltása – a szabad energia kondenzációja a megsemmisülési pont mögött – a neutron vonzási és taszító erejének gyors csökkenéséhez vezet.

Az elektron elválasztása a neutron általános szerkezetétől abban a pillanatban következik be, amikor az elektron elmozdulása egy teljes tömegű elemi részecskéhez képest elég nagy lesz, és a két megsemmisülési pont vonzási kötéseit megszakító erő kezd túllépni. ezeknek az annihilációs pontoknak a vonzási ereje, és a neutron második, könnyű része (elektron) gyorsan elszáll.

Ennek eredményeként a neutron két egységre bomlik: egy teljes értékű elemi részecske - egy proton és egy könnyű, rövidített anyagrészecske - egy elektron.

A modern adatok szerint egyetlen neutron szerkezete körülbelül tizenöt percig létezik. Ezután spontán bomlik protonra és elektronra. Ez a tizenöt perc az elektron elmozdulásának ideje a neutron közös megsemmisülési pontjához képest, és küzd a „szabadságáért”.

Összefoglalunk néhány eredményt:

• A PROTON az anyag teljes értékű elemi részecskéje, amelynek egy megsemmisülési pontja van, vagy egy elemi anyagrészecske nehéz része a fénykvantumok leválasztása után megmarad.
• A NEUTRON egy kettős szerkezet, amelynek két megsemmisülési pontja van, és egy elemi anyagrészecskéből, valamint egy másik elemi anyagrészecske könnyű, előrehaladó részéből áll.
• ELEKTRON – egy elemi anyagrészecske elülső része, amelynek egy megsemmisülési pontja van, amely fénykvantumokból áll, és egy elemi anyagrészecske felszakadása következtében alakult ki.
• A tudomány által elismert „proton-neutron” szerkezet egy DEUTERIA ATOM – két elemi részecske szerkezete kettős megsemmisülési ponttal.

Az elektron nem független elemi részecske, amely az atommag körül forog.

Az elektron, ahogyan azt a tudomány tekinti, nem része az atomnak.

Az atommag pedig, mint olyan, nem létezik a természetben, mint ahogy a neutron sem létezik önálló elemi anyagrészecske formájában.

Az elektron és a neutron is két elemi részecske páros szerkezetének származéka, miután külső hatás hatására két egyenlőtlen részre törik. Bármely kémiai elem atomjának összetételében a proton és a neutron egy szabványos párszerkezetet képvisel - két teljes tömegű elemi anyagrészecske - két proton, amelyeket megsemmisülési pontok egyesítenek..

A modern fizikában van egy megingathatatlan álláspont, miszerint a proton és az elektron azonos, de ellentétes elektromos töltésekkel rendelkezik. Állítólag ezen ellentétes töltések kölcsönhatása következtében vonzódnak egymáshoz. Egészen logikus magyarázat. Helyesen tükrözi a jelenség mechanizmusát, de teljesen helytelen - a lényege.

Az elemi részecskéknek nincs sem pozitív, sem negatív „elektromos” töltése, mint ahogy az anyagnak sem létezik speciális formája „elektromos mező” formájában. Az ilyen „elektromosság” az ember találmánya, amelyet az okoz, hogy képtelen megmagyarázni a jelenlegi állapotokat.

Az elektronok egymás közötti "elektromosságát" valójában a megsemmisülési pontjaik felé irányított energiaáramlások hozzák létre, az univerzum terében való előre mozgásuk eredményeként. Amikor egymás gravitációs erőinek tartományába esnek. Valójában egyenlő, de ellentétes elektromos töltések kölcsönhatásának tűnik.

„ugyanolyan elektromos töltések”, például: két protonnak vagy két elektronnak más magyarázata is van. A taszítás akkor következik be, amikor az egyik részecske egy másik részecske taszító erőinek hatászónájába – vagyis a megsemmisülési pontja mögötti energiakoncentráció zónájába – esik. Ezt néztük meg az előző cikkben.

A „proton – antiproton”, „elektron – pozitron” kölcsönhatásnak más magyarázata is van. Ilyen kölcsönhatáson a protonok vagy elektronok szellemének kölcsönhatását értjük, amikor ellentétes pályán mozognak. Ilyenkor a csak vonzás általi interakciójuk miatt (nincs taszítás, hiszen mindegyik taszítási zónája mögöttük van) kemény érintkezésük következik be. Ennek eredményeként két proton (elektron) helyett teljesen más „elemi részecskéket” kapunk, amelyek tulajdonképpen e két proton (elektron) merev kölcsönhatásának származékai.

Anyagok atomszerkezete. Atom modell

Tekintsük az atom szerkezetét.

A neutron és az elektron - mint az anyag elemi részecskéi - nem léteznek. Ezt fentebb tárgyaltuk. Ennek megfelelően: nincs atommag és annak elektronhéja. Ez a hiba erős akadálya az anyag szerkezetének további kutatásának.

Az anyag egyetlen elemi részecskéje a proton. Bármely kémiai elem atomja két elemi anyagrészecske páros szerkezetéből áll (kivéve az izotópokat, ahol több elemi részecske is hozzáadódik a párszerkezethez).

További megbeszéléseinkhez szükséges a megsemmisülés közös pontjának fogalma.

Az anyag elemi részecskéi a megsemmisülési pontokon keresztül lépnek kölcsönhatásba egymással. Ez a kölcsönhatás anyagi struktúrák kialakulásához vezet: atomok, molekulák, fizikai testek... Amelyeknek közös megsemmisülési pontja van az atomnak, közös a molekulának...

KÖZÖS MEGSEMMISÍTÉSI PONT - az elemi anyagrészecskék megsemmisülésének két pontjának egyesítése egy párszerkezet közös megsemmisülési pontjává, vagy a páros szerkezetek közös megsemmisülési pontja egy vegyi anyag atomjának közös megsemmisülési pontjává elem, vagy a kémiai elemek atomjainak közös megsemmisülési pontjai egy molekula közös megsemmisülési pontjává.

A lényeg itt az, hogy az anyagrészecskék egyesülése vonzás és taszítás révén egyetlen integrált tárgyként hat. Végső soron még bármely fizikai test is ábrázolható e fizikai test közös megsemmisülési pontjaként: ez a test egyetlen, integrált fizikai objektumként, egyetlen megsemmisülési pontként vonz magához más fizikai testeket. Ebben az esetben gravitációs jelenségeket kapunk - a fizikai testek közötti vonzást.

A galaktikus fejlődési ciklus fázisában, amikor a vonzó erők kellően erősödnek, megkezdődik a deutérium atomok egyesülése más atomok szerkezetébe. A kémiai elemek atomjai szekvenciálisan jönnek létre, ahogy az elemi anyagrészecskék transzlációs mozgásának sebessége növekszik (értsd: egy galaxis transzlációs mozgásának sebessége nő az univerzum terében) azáltal, hogy az anyag elemi részecskéiből álló új páros szerkezeteket kötik az anyaghoz. a deutérium atom.

Az egyesülés szekvenciálisan megy végbe: minden új atomban az anyag elemi részecskéinek egy új pár szerkezete jelenik meg (ritkábban egyetlen elemi részecske). Mit ad nekünk a deutérium atomok összekapcsolása más atomok szerkezetével:

1. Megjelenik az atom közös megsemmisülési pontja. Ez azt jelenti, hogy atomunk vonzás és taszítás révén fog kölcsönhatásba lépni az összes többi atommal és elemi részecskével, egyetlen integrált szerkezetként.
2. Megjelenik egy atomi tér, amelyben a szabad energia sűrűsége sokszorosa lesz, mint a terén kívüli szabad energia sűrűsége. Egy atom terében egyetlen megsemmisülési pont mögötti nagyon nagy energiasűrűségnek egyszerűen nem lesz ideje sokat esni: az elemi részecskék közötti távolságok túl kicsik. Az atomon belüli térben az átlagos szabadenergia-sűrűség sokszorosa az univerzum tere szabadenergia-sűrűségi állandójának értékének.

A kémiai elemek atomjainak, kémiai anyagok molekuláinak, fizikai testeinek felépítésében az anyagi részecskék és testek kölcsönhatásának legfontosabb törvénye nyilvánul meg:

Az intranukleáris, kémiai, elektromos, gravitációs kötések erőssége az atomon belüli megsemmisülési pontok, a molekulákon belüli atomok közös megsemmisülési pontjai, a fizikai testeken belüli molekulák közös megsemmisülési pontjai, a fizikai testek közötti távolságoktól függ. Minél kisebb a távolság a közös megsemmisülési pontok között, annál erősebbek a köztük ható vonzó erők.

Egyértelmű, hogy:

• Az intranukleáris kötések alatt az elemi részecskék és az atomokon belüli párszerkezetek közötti kölcsönhatásokat értjük.
• Kémiai kötéseken a molekulák szerkezetében lévő atomok közötti kölcsönhatásokat értjük.
• Az elektromos kapcsolatok alatt fizikai testekben, folyadékokban és gázokban lévő molekulák közötti kölcsönhatásokat értjük.
• Gravitációs kapcsolatok alatt a fizikai testek közötti kölcsönhatásokat értjük.

A második kémiai elem - a hélium atom - képződése akkor következik be, amikor a galaxis kellően nagy sebességre gyorsul az űrben. Amikor két deutérium atom vonzóereje elér egy nagy értéket, olyan távolságra közelednek, amely lehetővé teszi, hogy a négyszeressé egyesüljenek. a hélium atom szerkezete.

A galaxis transzlációs mozgási sebességének további növekedése a következő (a periódusos rendszer szerint) kémiai elemek atomjainak kialakulásához vezet. Ugyanakkor: az egyes kémiai elemek atomjainak genezise megfelel a galaxis saját, szigorúan meghatározott transzlációs mozgási sebességének a világegyetem terében. Hívjuk fel egy kémiai elem atomjának szabványos képződési sebessége .

A hélium atom a hidrogén után a második atom a galaxisban. Aztán ahogy a galaxis transzlációs mozgásának sebessége növekszik, a következő deutérium atom áttör a hélium atomig. Ez azt jelenti, hogy a galaxis transzlációs mozgásának sebessége elérte a lítiumatom szokásos képződési sebességét. Ekkor a periódusos rendszer szerint eléri a berillium, szén... stb. atomok normál képződési sebességét.

atommodell

A fenti diagramból láthatjuk, hogy:

1. Az atomban minden periódus páros szerkezetek gyűrűje.
2. Az atom középpontját mindig a hélium atom négyszeres szerkezete foglalja el.
3. Az azonos időszak összes párosított szerkezete szigorúan ugyanabban a síkban helyezkedik el.
4. A periódusok közötti távolságok sokkal nagyobbak, mint az azonos perióduson belüli páros struktúrák közötti távolságok.

Természetesen ez egy nagyon leegyszerűsített diagram, és nem tükrözi az atomépítés minden valóságát. Például: minden új párszerkezet, amely egy atomhoz csatlakozik, kiszorítja az általa összekapcsolt periódus többi párszerkezetét.

Megkapjuk az atom geometriai középpontja körül egy gyűrű alakú periódus felépítésének elvét:

• a korszak szerkezete egy síkban épül fel. Ezt elősegíti a galaxis összes elemi részecskéjének transzlációs mozgásának általános vektora.
• azonos periódusú páros szerkezetek épülnek az atom geometriai középpontja köré egyenlő távolságra.
• az atom, amely köré egy új periódus épül, egységes rendszerként viselkedik ezzel az új periódussal.

Így megkapjuk a kémiai elemek atomjainak legfontosabb szerkezeti mintáját:

SZIGORÚAN MEGHATÁROZOTT SZÁMÚ PÁROS SZERKEZETEK SZABÁLYOSSÁGA: ugyanakkor egy atom közös megsemmisülési pontjának geometriai középpontjától bizonyos távolságra az anyag elemi részecskéinek csak bizonyos számú páros szerkezete helyezhető el.

Vagyis: a periódusos rendszer második, harmadik periódusában - egyenként nyolc elem, a negyedik, ötödik - tizennyolc, a hatodik, hetedik - harminckét elem. Az atom növekvő átmérője lehetővé teszi a párszerkezetek számának növekedését minden következő periódusban.

Nyilvánvaló, hogy ez a minta határozza meg a periodicitás elvét a kémiai elemek atomjainak felépítésében, amelyet D. I. fedezett fel. Mengyelejev.

Egy kémiai elem atomján belül minden periódus egyetlen integrál rendszerként viselkedik vele kapcsolatban. Ezt a periódusok közötti távolságok ugrásai határozzák meg: sokkal nagyobbak, mint a páros struktúrák közötti távolságok egy perióduson belül.

A nem teljes periódusú atom a fent említett mintának megfelelően kémiai aktivitást mutat. Mert az atom vonzási és taszító erői kiegyensúlyozatlanok a vonzási erők javára. De az utolsó párszerkezet hozzáadásával az egyensúlyhiány megszűnik, az új időszak szabályos kör alakját ölti - egyetlen, integrált, teljes rendszerré válik. És kapunk egy inert gáz atomot.

Az atom szerkezetének felépítésének legfontosabb mintája a következő: az atomnak lapos kaszkádja vanszerkezet . Valami csillárszerű.

• Az azonos periódusú páros szerkezeteknek ugyanabban a síkban kell elhelyezkedniük, merőlegesen az atom transzlációs mozgásának vektorára.
• ugyanakkor az atomban a periódusokat kaszkádba kell rendezni.

Ez megmagyarázza, hogy a második és a harmadik periódusban (valamint a negyedik - ötödik, hatodik - hetedik periódusban) ugyanannyi páros szerkezet van (lásd az alábbi ábrát). Az atom szerkezete az elemi részecske vonzási és taszítási erőinek eloszlásának következménye: vonzó erők hatnak a részecske elülső (a mozgás irányában) féltekén, a taszító erők a hátsó féltekén.

Ellenkező esetben egyes párszerkezetek megsemmisülési pontjai mögötti szabadenergia-koncentrációk más párszerkezetek megsemmisülési pontjainak vonzási zónájába esnek, és az atom elkerülhetetlenül szétesik.

Az alábbiakban egy argonatom sematikus térfogati képét látjuk

argon atom modell

Az alábbi ábrán egy „metszet”, az atom két periódusának „oldalnézete” látható - a második és a harmadik:

Pontosan így kell a párosított szerkezeteket az azonos számú páros szerkezetű periódusokban (második - harmadik, negyedik - ötödik, hatodik - hetedik) orientálni az atom középpontjához képest.

Az elemi részecske megsemmisülési pontja mögötti kondenzációban lévő energia mennyisége folyamatosan növekszik. Ez a képletből kiderül:

E 1 ~m(C+W)/2

E 2 ~m(C–W)/2

ΔE= E 1 – E 2 = m(C+W)/2 – m(C–W)/2

ΔE~W × m

Ahol:

E 1 – a megsemmisítési pont által a mozgás elülső féltekéjéből felhajtott (elnyelt) szabad energia mennyisége.

E 2 - a megsemmisítési pont által a mozgás hátsó féltekéjéből összehajtott (elnyelt) szabad energia mennyisége.

ΔE az elemi részecske mozgásának elülső és hátsó féltekéjéből hajtogatott (elnyelt) szabadenergia mennyisége közötti különbség.

W – elemi részecske mozgási sebessége.

Itt azt látjuk, hogy a mozgó részecske megsemmisülési pontja mögött az energiakondenzáció tömege folyamatosan növekszik, mivel transzlációs mozgásának sebessége növekszik.

Az atom szerkezetében ez abban fog megnyilvánulni, hogy az egyes következő atomok szerkezete mögötti energiasűrűség exponenciálisan megnő. A megsemmisülési pontok vonzási erejükkel „vasmarkolással” tartják egymást. Ugyanakkor a növekvő taszító erő egyre inkább eltéríti egymástól az atom páros szerkezeteit. Így az atom lapos – kaszkádszerkezetét kapjuk.

Az atomnak alakját tekintve egy tál alakjára kell hasonlítania, ahol az „alul” a hélium atom szerkezete. A kupa „szélei” pedig az utolsó időszak. A „tálkanyarok” helyei: második - harmadik, negyedik - ötödik, hatodik - hetedik periódus. Ezek a „hajlítások” lehetővé teszik különböző periódusok kialakulását azonos számú páros szerkezettel

hélium atom modell

Az atom lapos kaszkád szerkezete és a benne lévő páros szerkezetek gyűrűs elrendezése határozza meg a Mengyelejev-féle kémiai elemek periodikus rendszerének periodicitását és sorszerkezetét, az azonos sorba tartozó atomok hasonló kémiai tulajdonságainak megnyilvánulásának periodicitását. a periódusos rendszerből.

Az atom lapos kaszkádszerkezete egyetlen atomteret hoz létre, nagy szabadenergia-sűrűséggel.

• Az atom összes páros szerkezete az atom középpontja irányába (vagy inkább: az atom geometriai tengelyén elhelyezkedő pont irányába, az atom mozgási irányába) irányul.
• Minden egyedi megsemmisülési pont az atomon belüli periódusgyűrűk mentén helyezkedik el.
• A szabadenergia minden egyes koncentrációja a megsemmisülési pontja mögött található.

Az eredmény: a nagy sűrűségű szabad energia egyetlen kondenzációja, amelynek határai az atom határai. Ezek a határok, amint megértjük, a tudományban Yukawa-erőkként ismert erők hatásának határai.

Az atom lapos kaszkádszerkezete a vonzó és taszító erők zónáit bizonyos módon újraelosztja. Már a párszerkezetben megfigyeljük a vonzó és taszító erők zónáinak újraeloszlását:

Egy páros szerkezet taszító erőinek hatászónája a vonzóerők hatászónájának köszönhetően megnő (az egyes elemi részecskékkel összehasonlítva). A gravitációs erők hatásterülete ennek megfelelően csökken. (A vonzási erő hatásterülete csökken, de maga az erő nem). Az atom lapos kaszkádszerkezete még nagyobb mértékben növeli az atom taszító erőinek hatásterületét.

• Minden új periódussal a taszító erők hatászónája egy teli labda alakúra hajlik.
• A vonzási erők hatásterülete egy folyamatosan csökkenő átmérőjű kúp lesz

Az atom új periódusának felépítésében még egy minta követhető: ugyanannak a periódusnak minden párszerkezete szigorúan szimmetrikusan helyezkedik el az atom geometriai középpontjához képest, függetlenül a párszerkezetek számától a periódusban.

Minden egyes új párszerkezet, az összekapcsolódás, megváltoztatja a periódus összes többi párszerkezetének helyét úgy, hogy a köztük lévő távolságok a periódusban mindig egyenlőek legyenek egymással. Ezek a távolságok csökkennek a következő párszerkezet hozzáadásával. Egy kémiai elem atomjának nem teljes külső periódusa teszi kémiailag aktívvá.

A periódusok közötti távolságok, amelyek sokkal nagyobbak, mint az egy perióduson belüli páros részecskék közötti távolságok, viszonylag függetlenné teszik a periódusokat egymástól.

Az atom minden periódusa kapcsolódik az összes többi periódushoz és az egész atomhoz, mint független integrált szerkezethez.

Ez meghatározza, hogy egy atom kémiai aktivitását csaknem 100%-ban csak az atom utolsó periódusa határozza meg. A teljesen kitöltött utolsó periódus megadja az atom taszító erőinek maximális kitöltött zónáját. Az atom kémiai aktivitása közel nulla. Az atom, mint egy labda, eltolja magától a többi atomot. Itt gázt látunk. És nem akármilyen gáz, hanem inert gáz.

Az új korszak első páros szerkezetének hozzáadása megváltoztatja ezt az idilli képet. A taszító és vonzó erők hatászónáinak eloszlása ​​a vonzó erők javára változik. Az atom kémiailag aktívvá válik. Ez egy alkálifém atom.

Minden egyes következő párszerkezet hozzáadásával megváltozik az atom vonzó és taszító erőinek eloszlási zónáinak egyensúlya: a taszító erők zónája nő, a vonzóerők zónája csökken. És minden következő atom egy kicsit kevesebb fém lesz, és egy kicsit több nemfém.

Az atomok lapos kaszkád alakja, a vonzási és taszító erők hatászónáinak újraeloszlása ​​a következőket adja: Egy kémiai elem atomja, amely ütközés közben is találkozik egy másik atommal, szükségszerűen a hatászónába kerül. ennek az atomnak a taszító erőiből. És nem pusztítja el magát, és nem pusztítja el ezt a másik atomot sem.

Mindez figyelemreméltó eredményhez vezet: a kémiai elemek atomjai egymással vegyületté lépve háromdimenziós molekulaszerkezeteket alkotnak. Szemben az atomok lapos kaszkádszerkezetével. A molekula az atomok stabil, háromdimenziós szerkezete.

Tekintsük az atomokon és molekulákon belüli energiaáramlásokat.

Mindenekelőtt megjegyezzük, hogy egy elemi részecske ciklusokban veszi fel az energiát. Azaz: a ciklus első felében egy elemi részecske energiát vesz fel a legközelebbi térből. Itt űr keletkezik - szabad energia nélküli tér.

A ciklus második felében: a távolabbi környezetből érkező energiák azonnal elkezdik kitölteni a keletkező űrt. Azaz energiaáramlások jelennek meg a térben a megsemmisülési pont felé. A részecske pozitív előrehaladási lendületet kap. És a részecske belsejében lévő kötött energia elkezdi újraosztani a sűrűségét.

Mi érdekel itt minket?

Mivel a megsemmisítési ciklus két fázisra oszlik: az energiaelnyelési fázisra és az energiamozgás fázisra (az üreg kitöltésére), az energiaáramlás átlagos sebessége a megsemmisülési pont területén nagyjából a felére csökken.

És ami nagyon fontos:

Egy nagyon fontos minta jelenik meg az atomok, molekulák és fizikai testek felépítésében: Valamennyi anyagi struktúra, mint pl.: páros szerkezetek - deutérium atomok, egyes atomok körüli periódusok, atomok, molekulák, fizikai testek stabilitását a megsemmisülési folyamataik szigorú rendezettsége biztosítja..

Vegyük ezt fontolóra.

1. Páros szerkezet által létrehozott energiaáramlások. Egy páros szerkezetben az elemi részecskék szinkron módon semmisítik meg az energiát. Ellenkező esetben az elemi részecskék „felfalnák” az egymás megsemmisülési pontja mögötti energiakondenzációt. A párszerkezet tiszta hullámkarakterisztikáját kapjuk. Ezenkívül emlékeztetünk arra, hogy a megsemmisülési folyamatok ciklikussága miatt az energiaáramlás átlagos sebessége itt a felére csökken.
2. Energia áramlik az atom belsejében. Az alapelv ugyanaz: minden, azonos periódusú páros struktúrának szinkron módon - szinkron ciklusokban - meg kell semmisítenie az energiát. Ugyanígy: az atomon belüli annihilációs folyamatokat szinkronizálni kell a periódusok között. Bármilyen aszinkrónia az atom pusztulásához vezet. Itt a szinkronitás kissé eltérhet. Feltételezhető, hogy egy atomban az időszakok egymás után, egymás után, egy hullámban semmisítik meg az energiát.
3. Az energia egy molekulában, egy fizikai testben áramlik. Egy molekula szerkezetében az atomok közötti távolságok sokszor nagyobbak, mint az atomon belüli periódusok közötti távolságok. Ezenkívül a molekulának háromdimenziós szerkezete van. Mint minden fizikai testnek háromdimenziós szerkezete van. Nyilvánvaló, hogy a megsemmisítési folyamatok szinkronjának itt következetesnek kell lennie. A perifériáról a központba irányítva, vagy fordítva: a központból a perifériába - számoljon, ahogy tetszik.

A szinkronitás elve további két törvényt ad nekünk:

• Az atomok, molekulák és fizikai testek belsejében áramló energia sebessége lényegesen kisebb, mint a világegyetem terében az energiamozgás sebességállandója. Ez a minta segít megérteni (a 7. cikkben) az elektromosság folyamatait.
• Minél nagyobb struktúrát látunk (sorrendben: elemi részecske, atom, molekula, fizikai test), annál hosszabb hullámhosszúságot fogunk megfigyelni a hullámjellemzőiben. Ez vonatkozik a fizikai testekre is: minél nagyobb egy fizikai test tömege, annál hosszabb a hullámhossza.

Beszéljünk arról, hogyan találhatunk protonokat, neutronokat és elektronokat. Egy atomban háromféle elemi részecskék találhatók, amelyek mindegyike saját elemi töltéssel és tömeggel rendelkezik.

Magszerkezet

A protonok, neutronok és elektronok megtalálásának megértéséhez képzelje el, hogy ez az atom fő része. Az atommag belsejében protonok és neutronok találhatók, amelyeket nukleonoknak nevezünk. Az atommag belsejében ezek a részecskék egymásba tudnak átalakulni.

Például ahhoz, hogy protonokat, neutronokat és elektronokat találjon egy cellában, ismernie kell annak sorozatszámát. Ha figyelembe vesszük, hogy ez az elem vezeti a periódusos rendszert, akkor az atommagja egy protont tartalmaz.

Az atommag átmérője az atom teljes méretének tízezrede. Ez tartalmazza a teljes atom nagy részét. Az atommag tömege ezerszer nagyobb, mint az atomban jelenlévő összes elektron összege.

A részecskék jellemzői

Nézzük meg, hogyan találhatunk protonokat, neutronokat és elektronokat egy atomban, és ismerkedjünk meg azok jellemzőivel. A proton az, ami a hidrogénatom magjának felel meg. Tömege 1836-szor haladja meg az elektront. Az adott keresztmetszetű vezetőn áthaladó elektromosság mértékegységének meghatározásához elektromos töltést használnak.

Minden atomnak bizonyos számú protonja van a magjában. Ez egy állandó érték, és egy adott elem kémiai és fizikai tulajdonságait jellemzi.

Hogyan találhatunk protonokat, neutronokat és elektronokat egy szénatomban? Ennek a kémiai elemnek a rendszáma 6, ezért az atommag hat protont tartalmaz. A bolygórendszer szerint hat elektron kering az atommag körül. A neutronok számának meghatározásához a szénértékből (12) vonjuk le a protonok számát (6), hat neutront kapunk.

Egy vasatom esetében a protonok száma 26-nak felel meg, vagyis ennek az elemnek a 26. rendszáma van a periódusos rendszerben.

A neutron egy elektromosan semleges részecske, amely szabad állapotban instabil. A neutron spontán átalakulhat pozitív töltésű protonná, antineutrínót és elektront bocsátva ki. Átlagos felezési ideje 12 perc. A tömegszám az atommagban lévő protonok és neutronok teljes száma. Próbáljuk kitalálni, hogyan találhatunk protonokat, neutronokat és elektronokat egy ionban? Ha egy atom egy másik elemmel való kémiai kölcsönhatás során pozitív oxidációs állapotot vesz fel, akkor a benne lévő protonok és neutronok száma nem változik, csak az elektronok csökkennek.

Következtetés

Számos elmélet született az atom szerkezetére vonatkozóan, de egyik sem volt életképes. A Rutherford által megalkotott változat előtt nem volt részletes magyarázat a protonok és neutronok magon belüli elhelyezkedésére, valamint az elektronok körpályán való forgására. Az atom bolygószerkezetére vonatkozó elmélet megjelenése után a kutatóknak lehetőségük nyílt nemcsak az elemi részecskék számának meghatározására egy atomban, hanem egy adott kémiai elem fizikai és kémiai tulajdonságainak előrejelzésére is.

A proton a hadronok osztályába tartozó stabil részecske, a hidrogénatom magja.

Nehéz megmondani, melyik eseményt kell a proton felfedezésének tekinteni: elvégre hidrogénionként már régóta ismert. Az atom bolygómodelljének létrehozása E. Rutherford (1911), az izotópok felfedezése (F. Soddy, J. Thomson, F. Aston, 1906-1919), valamint az atommagokból kiütött hidrogénatomok megfigyelése az alfa részecskék szerepet játszottak a proton nitrogén felfedezésében (E. Rutherford, 1919). 1925-ben P. Blackett megkapta az első fényképeket a protonnyomokról egy felhőkamrában (lásd Nuclear Radiation Detectors), megerősítve az elemek mesterséges átalakulásának felfedezését. Ezekben a kísérletekben a β-részecskét egy nitrogénmag fogta be, amely protont bocsátott ki és oxigénizotóppal alakult át.

A protonok a neutronokkal együtt minden kémiai elem atommagját alkotják, és az atommagban lévő protonok száma határozza meg az adott elem rendszámát. A proton pozitív elektromos töltése megegyezik az elemi töltéssel, azaz az elektron töltésének abszolút értékével. Ezt kísérletileg 10-21 pontossággal tesztelték. Proton tömege mp = (938,2796 ± 0,0027) MeV vagy ~ 1,6-10-24 g, azaz egy proton 1836-szor nehezebb, mint egy elektron! Modern szemmel nézve a proton nem igazán elemi részecske: két u-kvarkból áll, amelyek elektromos töltése +2/3 (elemi töltés mértékegységében van), és egy -1/3 elektromos töltésű d-kvarkból. A kvarkokat más feltételezett részecskék - gluonok, az erős kölcsönhatásokat hordozó mezőkvantumok - cseréje köti össze. Azokból a kísérletekből származó adatok, amelyekben a protonokon történő elektronszórási folyamatokat vették figyelembe, valóban azt mutatják, hogy a protonokon belül vannak pontszórási központok. Ezek a kísérletek bizonyos értelemben nagyon hasonlítanak Rutherford kísérleteihez, amelyek az atommag felfedezéséhez vezettek. Kompozit részecske lévén a proton véges mérete ~ 10-13 cm, bár természetesen nem ábrázolható tömör golyóként. A proton inkább egy fuzzy határú felhőhöz hasonlít, amely létrejött és megsemmisült virtuális részecskékből áll. A proton, mint minden hadron, részt vesz az alapvető kölcsönhatásokban. Így. erős kölcsönhatások kötik meg a protonokat és a neutronokat az atommagokban, az elektromágneses kölcsönhatások kötik meg a protonokat és az elektronokat az atomokban. Gyenge kölcsönhatások például a neutron béta-bomlása vagy a proton intranukleáris átalakulása neutronná pozitron és neutrínó kibocsátásával (szabad proton esetében ez a folyamat az energia megmaradásának és átalakulásának törvénye miatt lehetetlen), mivel a neutronnak valamivel nagyobb a tömege). A proton spin 1/2. A fél egész számból álló hadronokat barionoknak nevezik (a görög szóból, ami „nehéz”). A barionok közé tartozik a proton, a neutron, a különféle hiperonok (?, ?, ?, ?) és számos új kvantumszámú részecske, amelyek többségét még nem fedezték fel. A barionok jellemzésére egy speciális számot vezettek be - a barion töltést, amely a barionok esetében 1, az antibarionok esetében 1 és az O - az összes többi részecskék esetében. A bariontöltés nem a barionmező forrása, csak a részecskékkel való reakciók mintázatainak leírására vezették be. Ezeket a mintázatokat a bariontöltés megmaradásának törvénye fejezi ki: a rendszerben lévő barionok és antibarionok száma közötti különbség bármilyen reakcióban megmarad. A bariontöltés megmaradása lehetetlenné teszi a proton bomlását, mivel a barionok közül a legkönnyebb. Ez a törvény empirikus jellegű, és természetesen kísérletileg kell tesztelni. A bariontöltés megmaradási törvényének pontosságát a proton stabilitása jellemzi, amelynek élettartamára vonatkozó kísérleti becslés nem kevesebb, mint 1032 év értéket ad.

Ugyanakkor az alapvető kölcsönhatások minden típusát ötvöző elméletek olyan folyamatokat jósolnak meg, amelyek a bariontöltés felbomlásához és a proton bomlásához vezetnek. A proton élettartama az ilyen elméletekben nem túl pontosan jelzett: körülbelül 1032 ± 2 év. Ez az idő óriási, sokszor hosszabb, mint az Univerzum létezése (~ 2*1010 év). Ezért a proton gyakorlatilag stabil, ami lehetővé tette a kémiai elemek kialakulását és végső soron az intelligens élet kialakulását. A protonbomlás kutatása azonban ma már a kísérleti fizika egyik legfontosabb problémája. ~1032 év protonélettartam mellett 100 m3 víztérfogatban (1 m3 ~ 1030 protont tartalmaz) évente egy protonbomlással kell számolni. Nincs más hátra, mint regisztrálni ezt a romlást. A protonbomlás felfedezése fontos lépés lesz a természeti erők egységének helyes megértése felé.

A neutron egy semleges részecske, amely a hadronok osztályába tartozik. J. Chadwick angol fizikus fedezte fel 1932-ben. A protonokkal együtt a neutronok az atommagok részét képezik. A qn neutron elektromos töltése nulla. Ezt igazolják a neutronnyaláb erős elektromos térben történő eltérüléséből származó töltés közvetlen mérései, amelyek azt mutatták, hogy |qn|<10-20e (здесь е -- элементарный электрический заряд, т. е. абсолютная величина заряда электрона). Косвенные данные дают оценку |qn|< 2?10-22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относится к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; антинейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.Как и протон и прочие адроны, нейтрон не является истинно элементарной частицей: он состоит из одного u-кварка с электрическим зарядом +2/3 и двух d-кварков с зарядом - 1/3, связанных между собой глюонным полем.

A neutronok csak a stabil atommagokban stabilak. A szabad neutron egy instabil részecske, amely protonná (p), elektronná (e-) és elektron antineutrínóvá bomlik. A neutron élettartama (917?14) s, azaz körülbelül 15 perc. Az anyagban a neutronok még kevésbé léteznek szabad formában az atommagok általi erős abszorpciójuk miatt. Ezért csak nukleáris reakciók eredményeként fordulnak elő a természetben vagy a laboratóriumban keletkeznek.

A különböző magreakciók energiamérlege alapján meghatároztam a neutron és a proton tömege közötti különbséget: mn-mp(1,29344 ±0,00007) MeV. Összehasonlítva a protontömeggel, megkapjuk a neutron tömegét: mn = 939,5731 ± 0,0027 MeV; ez mn ~ 1,6-10-24-nek felel meg. A neutron minden típusú alapvető kölcsönhatásban részt vesz. Erős kölcsönhatások kötik meg a neutronokat és a protonokat az atommagokban. A gyenge kölcsönhatásra példa a neutron béta-bomlása.

Részt vesz ez a semleges részecske elektromágneses kölcsönhatásokban? A neutronnak belső szerkezete van, és általános semlegesség mellett elektromos áramok vannak benne, ami különösen mágneses momentum megjelenéséhez vezet a neutronban. Más szóval, a mágneses térben a neutron úgy viselkedik, mint egy iránytű tű. Ez csak egy példa az elektromágneses kölcsönhatásra. Nagy érdeklődést váltott ki a neutron elektromos dipólusmomentumának keresése, amelyre felső határt kaptunk. Itt a leghatékonyabb kísérleteket a Szovjetunió Tudományos Akadémia Leningrádi Nukleáris Fizikai Intézetének tudósai végezték; A neutron dipólusmomentum keresése fontos az invariancia megsértésének mechanizmusainak megértéséhez az időfordítás során a mikrofolyamatokban.

A neutronok gravitációs kölcsönhatásait közvetlenül a Föld gravitációs mezőjében való előfordulásuk alapján figyelték meg.

Elfogadták a neutronok hagyományos osztályozását kinetikus energiájuk szerint:

lassú neutronok (<105эВ, есть много их разновидностей),

gyors neutronok (105?108eV), nagy energiájú (> 108eV).

A nagyon lassú neutronok (10-7 eV), amelyeket ultrahideg neutronoknak neveznek, nagyon érdekes tulajdonságokkal rendelkeznek. Kiderült, hogy az ultrahideg neutronok „mágneses csapdákban” halmozódhatnak fel, és ott akár egy bizonyos irányba is elforgathatóak azok spinje. Speciális konfigurációjú mágneses mezők segítségével az ultrahideg neutronokat elszigetelik az elnyelő falaktól, és a csapdában „élhetnek”, amíg le nem bomlanak. Ez sok finom kísérletet tesz lehetővé a neutronok tulajdonságainak tanulmányozására. Az ultrahideg neutronok tárolásának másik módja a hullámtulajdonságaikon alapul. Az ilyen neutronok egyszerűen zárt „tégelyben” tárolhatók. Ezt a gondolatot Ya B. Zeldovich szovjet fizikus fogalmazta meg az 1950-es évek végén, és az első eredményeket csaknem egy évtizeddel később Dubnában, az Atommagkutató Intézetben szerezték meg.

A közelmúltban a tudósoknak sikerült olyan edényt építeniük, amelyben az ultrahideg neutronok természetes bomlásukig élnek.

A szabad neutronok képesek aktív kölcsönhatásba lépni az atommagokkal, nukleáris reakciókat okozva. A lassú neutronok anyaggal való kölcsönhatása következtében rezonanciahatások, kristályokban diffrakciós szórások stb. figyelhetők meg. Ezen tulajdonságok miatt a neutronokat széles körben használják a magfizikában és a szilárdtestfizikában. Fontos szerepet töltenek be az atomenergiában, a transzurán elemek és radioaktív izotópok előállításában, gyakorlati alkalmazást találnak a kémiai elemzésben és a geológiai feltárásban.