پروتون ها در فیزیک چیست؟ چه کسی و چه زمانی پروتون و نوترون را کشف کرد

تعریف

پروتونذره ای پایدار متعلق به کلاس هادرون ها نامیده می شود که هسته اتم هیدروژن است.

دانشمندان در مورد اینکه کدام رویداد علمی را باید کشف پروتون در نظر گرفت، اختلاف نظر دارند. نقش مهمی در کشف پروتون توسط:

  1. ایجاد یک مدل سیاره ای از اتم توسط E. Rutherford.
  2. کشف ایزوتوپ توسط F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
  3. مشاهدات رفتار هسته اتم های هیدروژن هنگامی که توسط ذرات آلفا از هسته های نیتروژن توسط E. Rutherford حذف می شوند.

اولین عکس‌ها از مسیرهای پروتون توسط P. Blackett در یک محفظه ابر هنگام مطالعه فرآیندهای تبدیل مصنوعی عناصر به دست آمد. بلکت فرآیند جذب ذرات آلفا توسط هسته نیتروژن را مطالعه کرد. در این فرآیند یک پروتون ساطع شد و هسته نیتروژن به ایزوتوپ اکسیژن تبدیل شد.

پروتون ها همراه با نوترون ها بخشی از هسته همه هستند عناصر شیمیایی. تعداد پروتون های هسته، عدد اتمی عنصر را تعیین می کند جدول تناوبی DI. مندلیف.

پروتون یک ذره با بار مثبت است. بار آن از نظر بزرگی برابر با بار اولیه است، یعنی مقدار بار الکترون. بار یک پروتون اغلب به صورت نشان داده می شود، پس می توانیم بنویسیم که:

در حال حاضر اعتقاد بر این است که پروتون یک ذره بنیادی نیست. ساختار پیچیده ای دارد و از دو کوارک u و یک کوارک d تشکیل شده است. بار الکتریکی یو کوارک () مثبت و برابر است

بار الکتریکی d-کوارک () منفی و برابر است با:

کوارک‌ها تبادل گلوئون‌ها را که کوانتوم‌های میدانی هستند، به هم متصل می‌کنند؛ آنها برهمکنش قوی را تحمل می‌کنند. این واقعیت که پروتون ها دارای چندین مرکز پراکندگی نقطه ای در ساختار خود هستند، با آزمایشات روی پراکندگی الکترون ها توسط پروتون ها تأیید می شود.

پروتون اندازه محدودی دارد که دانشمندان هنوز در مورد آن بحث می کنند. در حال حاضر، پروتون به صورت ابری نشان داده می شود که مرزی مبهم دارد. چنین مرزی شامل ذرات مجازی است که دائماً در حال ظهور و نابودی هستند. اما در بیشتر کارهای سادهالبته یک پروتون را می توان یک بار نقطه ای در نظر گرفت. جرم بقیه پروتون () تقریباً برابر است با:

جرم پروتون 1836 برابر بیشتر از جرم الکترون است.

پروتون‌ها در تمام برهم‌کنش‌های اساسی شرکت می‌کنند: برهم‌کنش‌های قوی پروتون‌ها و نوترون‌ها را به هسته‌ها متصل می‌کنند، الکترون‌ها و پروتون‌ها با استفاده از برهمکنش‌های الکترومغناطیسی در اتم‌ها به هم می‌پیوندند. به عنوان یک برهمکنش ضعیف، می توانیم به عنوان مثال، واپاشی بتا یک نوترون (n) را ذکر کنیم:

جایی که p پروتون است. - الکترون؛ - ضد نوترینو

واپاشی پروتون هنوز به دست نیامده است. این یکی از مسائل مهم مدرن فیزیک است، زیرا این کشف گام مهمی در درک وحدت نیروهای طبیعت خواهد بود.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش هسته های اتم سدیم با پروتون بمباران می شوند. نیروی دافعه الکترواستاتیکی یک پروتون از هسته یک اتم در صورتی که پروتون در فاصله ای باشد چقدر است؟ متر در نظر بگیرید که بار هسته یک اتم سدیم 11 برابر بیشتر از بار یک پروتون است. نفوذ پوسته الکترونیاتم سدیم نیازی به خواندن ندارد.
راه حل به عنوان مبنایی برای حل مسئله، قانون کولن را در نظر می گیریم که می تواند برای مسئله ما (با فرض اینکه ذرات ذرات نقطه ای هستند) به صورت زیر نوشته شود:

که در آن F نیروی برهمکنش الکترواستاتیکی ذرات باردار است. Cl بار پروتون است. - بار هسته اتم سدیم؛ - ثابت دی الکتریک خلاء؛ - ثابت الکتریکی با استفاده از داده هایی که داریم، می توانیم نیروی دافعه مورد نیاز را محاسبه کنیم:
پاسخ ن

مثال 2

ورزش با در نظر گرفتن ساده ترین مدل اتم هیدروژن، اعتقاد بر این است که الکترون در یک مدار دایره ای به دور پروتون (هسته اتم هیدروژن) حرکت می کند. سرعت یک الکترون چقدر است اگر شعاع مدار آن m باشد؟
راه حل بیایید نیروهایی را در نظر بگیریم (شکل 1) که بر الکترون در حال حرکت در یک دایره تأثیر می گذارد. این نیروی جاذبه از پروتون است. طبق قانون کولن می نویسیم که مقدار آن برابر است با (:

جایی که =— بار الکترون؛ - بار پروتون؛ - ثابت الکتریکی نیروی جاذبه بین یک الکترون و یک پروتون در هر نقطه از مدار الکترون از الکترون به پروتون در امتداد شعاع دایره هدایت می شود.

این مقاله توسط ولادیمیر گورونوویچ برای وب سایت Wikiknowledge حتی قبل از ویرایش مقاله مشابه در وب سایت Wikiknowledge نوشته شده است که واقعیت را تحریف می کند. اکنون می توانم آزادانه حقیقت را فقط در سایت های خود بنویسم و ​​همچنین در سایت هایی که این اجازه را می دهند.

  • 2 پروتون در فیزیک
    • 2.1 شعاع پروتون
    • 2.2 گشتاور مغناطیسی پروتون
    • 2.4 جرم سکون پروتون
    • 2.5 طول عمر پروتون
  • 3 پروتون در مدل استاندارد
  • 4 پروتون یک ذره بنیادی است
  • 6 پروتون - خلاصه

1 پروتون (ذره بنیادی)

پروتون- عدد کوانتومی ذرات بنیادی L=3/2 (اسپین = 1/2) - گروه باریون، زیرگروه پروتون، بار الکتریکی +e (سیستم‌سازی بر اساس نظریه میدان ذرات بنیادی).


زیر گروه پروتون (حالت زمینی و برانگیخته)

2 پروتون در فیزیک

پروتون - عدد کوانتومی ذرات بنیادی L=3/2 (اسپین = 1/2) - گروه باریون‌ها، زیرگروه پروتون، بار الکتریکی +e (سیستم‌سازی بر اساس نظریه میدان ذرات بنیادی).
طبق نظریه میدان ذرات بنیادی (نظریه ای که بر پایه علمی ساخته شده و تنها نظریه ای است که طیف صحیح همه ذرات بنیادی را دریافت کرده است)، یک پروتون از یک متغیر قطبی شده در حال چرخش تشکیل شده است. میدان الکترومغناطیسیبا یک جزء ثابت تمام اظهارات بی اساس مدل استاندارد مبنی بر اینکه پروتون ظاهراً از کوارک ها تشکیل شده است هیچ ربطی به واقعیت ندارد. - فیزیک به طور تجربی ثابت کرده است که پروتون دارای میدان های الکترومغناطیسی و همچنین یک میدان گرانشی است. فیزیک 100 سال پیش به خوبی حدس زد که ذرات بنیادی نه تنها دارای میدان های الکترومغناطیسی هستند، بلکه از آنها تشکیل شده است، اما تا سال 2010 امکان ساخت یک نظریه وجود نداشت. اکنون در سال 2015، نظریه گرانش ذرات بنیادی نیز ظاهر شد و ماهیت الکترومغناطیسی گرانش را مشخص کرد و معادلات را به دست آورد. میدان گرانشیذرات بنیادی، متفاوت از معادلات گرانش، که بر اساس آنها بیش از یک افسانه ریاضی در فیزیک ساخته شد.



ساختار میدان الکترومغناطیسی یک پروتون (میدان الکتریکی ثابت E، میدان مغناطیسی ثابت H، رنگ زردمیدان الکترومغناطیسی متناوب مشخص شده)

تعادل انرژی (درصد کل انرژی داخلی):

  • میدان الکتریکی ثابت (E) - 0.346%
  • میدان مغناطیسی ثابت (H) - 7.44%
  • میدان الکترومغناطیسی متناوب - 92.21٪.

نسبت بین انرژی متمرکز در یک میدان مغناطیسی ثابت یک پروتون و انرژی متمرکز در یک میدان الکتریکی ثابت 21.48 است. این وجود پروتون را توضیح می دهد نیروهای هسته ای. ساختار یک پروتون در شکل نشان داده شده است.

میدان الکتریکی یک پروتون از دو ناحیه تشکیل شده است: منطقه بیرونیبا بار مثبت و ناحیه داخلی با بار منفی. تفاوت در بارهای ناحیه بیرونی و داخلی، بار الکتریکی کل پروتون +e را تعیین می کند. کوانتیزاسیون آن بر اساس هندسه و ساختار ذرات بنیادی است.

و این همان چیزی است که آنها به نظر می رسند تعاملات اساسیذرات بنیادی که در طبیعت وجود دارند:

2.1 شعاع پروتون

تئوری میدان ذرات بنیادی، شعاع (r) یک ذره را به عنوان فاصله از مرکز تا نقطه ای که در آن حداکثر چگالی جرمی به دست می آید، تعریف می کند.


برای یک پروتون 3.4212 10 -16 متر خواهد بود. به این مقدار لازم است ضخامت لایه میدان الکترومغناطیسی را اضافه کنیم، نتیجه این خواهد بود:


که برابر با 4.5616 10 -16 متر است. مرز بیرونیپروتون در فاصله 16-10-10 متری 4.5616 متر از مرکز قرار دارد، اما باید به خاطر داشت که بخش کوچکی (حدود 1٪) از جرم باقی مانده در میدان های الکتریکی ثابت و مغناطیسی ثابت، مطابق با الکترودینامیک کلاسیک، قرار دارد. خارج از این شعاع قرار دارد.

2.2 گشتاور مغناطیسی پروتون

یک وزنه تعادل نظریه کوانتومنظریه میدان ذرات بنیادی بیان می کند که میدانهای مغناطیسیذرات بنیادی با چرخش اسپین ایجاد نمی شوند بارهای الکتریکی، اما همزمان با یک میدان الکتریکی ثابت به عنوان جزء ثابت میدان الکترومغناطیسی وجود دارد. بنابراین تمام ذرات بنیادی با عدد کوانتومی L>0 دارای میدان مغناطیسی هستند.

نظریه میدان ذرات بنیادی، گشتاور مغناطیسی پروتون را غیرعادی در نظر نمی گیرد - مقدار آن توسط مجموعه ای از اعداد کوانتومی تا حدی تعیین می شود که مکانیک کوانتومیدر یک ذره بنیادی کار می کند.

بنابراین گشتاور مغناطیسی اصلی یک پروتون توسط دو جریان ایجاد می شود:

  • (+) با گشتاور مغناطیسی +2 eħ/m 0p c
  • (-) با گشتاور مغناطیسی -0.5 eħ/m 0p s

برای گرفتن نتیجه لحظه مغناطیسیپروتون، باید هر دو گشتاور را اضافه کنیم، در درصد انرژی میدان الکترومغناطیسی متناوب ضرب کنیم، تقسیم بر 100 درصد و جزء اسپین را اضافه کنیم، نتیجه 1.3964237 eh/m 0p c است. برای تبدیل به مگنتون های هسته ای معمولی، عدد حاصل باید در دو ضرب شود - در نهایت 2.7928474 داریم.

2.3 میدان الکتریکی یک پروتون

2.3.1 میدان الکتریکی میدان دور پروتون

دانش فیزیک در مورد ساختار میدان الکتریکیپروتون ها با پیشرفت فیزیک تغییر کرده اند. در ابتدا اعتقاد بر این بود که میدان الکتریکی یک پروتون میدان بار الکتریکی نقطه ای +e است. برای این رشته وجود خواهد داشت:
پتانسیل میدان الکتریکی یک پروتون در نقطه (A) در ناحیه دور (r >> r p) دقیقاً در سیستم SI برابر است:


شدت میدان الکتریکی E یک پروتون در ناحیه دور (r >> r p) دقیقاً در سیستم SI برابر است:



جایی که n = r/|r| - بردار واحد از مرکز پروتون در جهت نقطه مشاهده (A)، r - فاصله از مرکز پروتون تا نقطه مشاهده، e - بار الکتریکی ابتدایی، بردارها پررنگ هستند، ε 0 - ثابت الکتریکی، r p = Lh /(m 0~ c ) - شعاع پروتون در نظریه میدان، L - عدد کوانتومی اصلی پروتون در نظریه میدان، h - ثابت پلانک، m 0~ - مقدار جرم محصور در میدان الکترومغناطیسی متناوب یک پروتون در حالت سکون، c - سرعت نور. (در سیستم GHS ضریب وجود ندارد. SI Multiplier.)

این عبارات ریاضی برای ناحیه دور میدان الکتریکی پروتون صحیح هستند: r >> r p، اما فیزیک فرض کرد که اعتبار آنها تا منطقه نزدیک، تا فواصل حدود 10-14 سانتی متر نیز گسترش می یابد.

2.3.2 بارهای الکتریکی یک پروتون

در نیمه اول قرن بیستم، فیزیک بر این باور بود که یک پروتون فقط یک بار الکتریکی دارد و آن برابر با +e است.

پس از ظهور فرضیه کوارک، فیزیک پیشنهاد کرد که درون یک پروتون نه یک، بلکه سه بار الکتریکی وجود دارد: دو بار الکتریکی +2e/3 و یک بار الکتریکی -e/3. در مجموع این هزینه ها +e می دهد. این کار به این دلیل انجام شد که فیزیک پیشنهاد کرد که پروتون ساختار پیچیده ای دارد و از دو کوارک بالا با بار 2e/3+ و یک کوارک d با بار -e/3 تشکیل شده است. اما کوارک‌ها نه در طبیعت و نه در شتاب‌دهنده‌ها در هیچ انرژی یافت نشدند، و باقی ماندند تا وجودشان را بر اساس ایمان بگیرند (کاری که حامیان مدل استاندارد انجام دادند) یا به دنبال ساختار دیگری از ذرات بنیادی باشند. اما در همان زمان، اطلاعات تجربی در مورد ذرات بنیادی به طور مداوم در فیزیک انباشته می شد، و هنگامی که به اندازه کافی برای بازاندیشی در مورد آنچه انجام شده بود جمع می شد، نظریه میدان ذرات بنیادی متولد شد.

بر اساس تئوری میدان ذرات بنیادی، یک میدان الکتریکی ثابت از ذرات بنیادی با عدد کوانتومی L>0، هم باردار و هم خنثی، توسط یک جزء ثابت از میدان الکترومغناطیسی متناظر ایجاد می‌شود. ذره بنیادی(این بار الکتریکی نیست که علت اصلی میدان الکتریکی است، همانطور که فیزیک در قرن نوزدهم معتقد بود، اما میدان های الکتریکی ذرات بنیادی به گونه ای است که با میدان های بار الکتریکی مطابقت دارد). و میدان بار الکتریکی در نتیجه وجود عدم تقارن بین نیمکره بیرونی و داخلی ایجاد می شود و میدان های الکتریکی با علائم مخالف ایجاد می کند. برای ذرات بنیادی باردار، میدانی از بار الکتریکی اولیه در ناحیه دور ایجاد می‌شود و علامت بار الکتریکی با علامت میدان الکتریکی تولید شده توسط نیمکره خارجی تعیین می‌شود. در زون نزدیک این میدان ساختار پیچیده ای دارد و دوقطبی است اما لحظه دوقطبیآن را ندارد. برای توصیف تقریبی این میدان به عنوان سیستم بارهای نقطه ای، حداقل 6 "کوارک" در داخل پروتون مورد نیاز است - بهتر است 8 "کوارک" را در نظر بگیریم. واضح است که بارهای الکتریکی چنین «کوارک‌هایی» با آنچه مدل استاندارد (با کوارک‌هایش) در نظر می‌گیرد، کاملاً متفاوت خواهد بود.

نظریه میدان ذرات بنیادی ثابت کرده است که پروتون، مانند هر ذره با بار مثبت دیگر، می تواند دو بار الکتریکی و بر این اساس، دو شعاع الکتریکی داشته باشد:

  • شعاع الکتریکی میدان الکتریکی ثابت خارجی (شارژ q + =+ 1.25e) - r q + = 4.39 10 -14 سانتی متر،
  • شعاع الکتریکی میدان الکتریکی ثابت داخلی (شارژ q - = -0.25e) - r q- = 2.45 10 -14 سانتی متر.

این ویژگی های میدان الکتریکی پروتون با توزیع نظریه میدان اول ذرات بنیادی مطابقت دارد. فیزیک هنوز به طور تجربی دقت این توزیع را مشخص نکرده است، و اینکه کدام توزیع دقیقاً با ساختار واقعی میدان الکتریکی ثابت یک پروتون در منطقه نزدیک و همچنین ساختار میدان الکتریکی یک پروتون در نزدیکی مطابقت دارد. منطقه (در فواصل مرتبه rp). همانطور که می بینید، بارهای الکتریکی از نظر قدر نزدیک به بارهای کوارک های فرضی (+4/3e=+1.333e و -1/3e=-0.333e) در پروتون هستند، اما برخلاف کوارک ها، میدان های الکترومغناطیسی در پروتون وجود دارد. طبیعت، و ساختاری مشابه ثابت دارند هر ذره بنیادی با بار مثبت، بدون توجه به بزرگی اسپین و... دارای میدان الکتریکی است.

مقادیر شعاع الکتریکی برای هر ذره بنیادی منحصر به فرد است و با عدد کوانتومی اصلی در تئوری میدان L، مقدار جرم باقیمانده، درصد انرژی موجود در میدان الکترومغناطیسی متناوب (جایی که مکانیک کوانتومی کار می کند) تعیین می شود. ) و ساختار مولفه ثابت میدان الکترومغناطیسی ذره بنیادی (برای همه ذرات بنیادی با عدد کوانتومی اصلی L یکسان است)، که یک میدان الکتریکی ثابت خارجی ایجاد می کند. شعاع الکتریکی مکان متوسط ​​یک بار الکتریکی را نشان می دهد که به طور یکنواخت در اطراف محیط توزیع شده و میدان الکتریکی مشابهی ایجاد می کند. هر دو بار الکتریکی در یک صفحه قرار دارند (صفحه چرخش میدان الکترومغناطیسی متناوب ذره بنیادی) و دارای یک مرکز مشترک هستند که با مرکز چرخش میدان الکترومغناطیسی متناوب ذره بنیادی منطبق است.

2.3.3 میدان الکتریکی یک پروتون در ناحیه نزدیک

با دانستن مقدار بارهای الکتریکی درون یک ذره بنیادی و مکان آنها، می توان میدان الکتریکی ایجاد شده توسط آنها را تعیین کرد.

شدت میدان الکتریکی E یک پروتون در ناحیه نزدیک (r~r p)، در سیستم SI، به عنوان مجموع برداری، تقریباً برابر است با:


جایی که n+ = r +/|r+ | - بردار واحد از نقطه نزدیک (1) یا دور (2) بار پروتون q + در جهت نقطه مشاهده (A) n- = r-/|r- | - بردار واحد از نقطه نزدیک (1) یا دور (2) بار پروتون q - در جهت نقطه مشاهده (A)، r - فاصله از مرکز پروتون تا طرح نقطه مشاهده بر روی صفحه پروتون، q + - بار الکتریکی خارجی +1.25e، q - - بار الکتریکی داخلی -0.25e، بردارها به صورت پررنگ مشخص شده اند، ε0 - ثابت الکتریکی، z - ارتفاع نقطه مشاهده (A) (فاصله از نقطه مشاهده به صفحه پروتون)، r 0 - پارامتر نرمال سازی. (در سیستم GHS ضریب وجود ندارد. SI Multiplier.)

داده شده بیان ریاضیمجموع بردارها است و باید طبق قوانین جمع بردار محاسبه شود، زیرا میدانی از دو بار الکتریکی توزیع شده (+1.25e و -0.25e) است. عبارت اول و سوم مربوط به نقاط نزدیک اتهامات، دوم و چهارم - به موارد دور است. این عبارت ریاضی در ناحیه داخلی (حلقه) پروتون کار نمی‌کند و میدان‌های ثابت آن را ایجاد می‌کند (اگر دو شرط به طور همزمان برقرار شود: h/m 0~ c

پتانسیل میدان الکتریکی یک پروتون در نقطه (A) در ناحیه نزدیک (r~r p)، در سیستم SI تقریباً برابر است با:


جایی که r 0 یک پارامتر نرمال کننده است که مقدار آن ممکن است با r 0 در فرمول E متفاوت باشد. (هیچ عاملی در سیستم SGS وجود ندارد.) این عبارت ریاضی در ناحیه داخلی (حلقه) پروتون کار نمی کند و تولید می کند. میدان های ثابت آن (اگر دو شرط به طور همزمان برآورده شود: h/m 0~ c

کالیبراسیون r 0 برای هر دو عبارت میدان نزدیک باید در مرز ناحیه تولید کننده میدان های پروتون ثابت انجام شود.

2.4 جرم سکون پروتون

مطابق با الکترودینامیک کلاسیک و فرمول انیشتین، جرم سکون ذرات بنیادی با عدد کوانتومی L>0، از جمله پروتون، به عنوان معادل انرژی میدان های الکترومغناطیسی آنها تعریف می شود:


جایی که انتگرال معین بر کل میدان الکترومغناطیسی یک ذره بنیادی گرفته می شود، E قدرت میدان الکتریکی، H شدت میدان مغناطیسی است. تمام اجزای میدان الکترومغناطیسی در اینجا در نظر گرفته می شود: میدان الکتریکی ثابت، میدان مغناطیسی ثابت، میدان الکترومغناطیسی متناوب. این فرمول کوچک، اما بسیار فیزیک گنجایش، که بر اساس آن معادلات میدان گرانشی ذرات بنیادی به دست آمده است، بیش از یک "نظریه" افسانه ای را به انبوه قراضه می فرستد - به همین دلیل است که برخی از نویسندگان آنها ازش متنفرم.

همانطور که از فرمول بالا بر می آید، مقدار جرم سکون یک پروتون به شرایطی که پروتون در آن قرار دارد بستگی دارد. بنابراین، با قرار دادن یک پروتون در یک میدان الکتریکی خارجی ثابت (مثلاً یک هسته اتمی)، E 2 را تحت تأثیر قرار خواهیم داد که بر جرم پروتون و پایداری آن تأثیر می گذارد. هنگامی که یک پروتون در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار می گیرد، وضعیت مشابهی به وجود می آید. بنابراین، برخی از خواص پروتون در داخل هسته اتم با همان خواص پروتون آزاد در خلاء، دور از میدان، متفاوت است.

2.5 طول عمر پروتون

طول عمر نشان داده شده در جدول مربوط به یک پروتون آزاد است.

نظریه میدان ذرات بنیادی بیان می کند که طول عمر یک ذره بنیادی بستگی به شرایطی دارد که در آن قرار دارد. با قرار دادن یک پروتون در یک میدان خارجی (مانند یک میدان الکتریکی)، انرژی موجود در میدان الکترومغناطیسی آن را تغییر می دهیم. می توانید علامت میدان خارجی را طوری انتخاب کنید که انرژی داخلی پروتون افزایش یابد. می توان مقداری از قدرت میدان خارجی را انتخاب کرد که امکان تجزیه پروتون به نوترینوهای نوترون، پوزیترون و الکترونی فراهم شود و بنابراین پروتون ناپایدار شود. این دقیقاً همان چیزی است که در هسته های اتم مشاهده می شود، که در آن میدان الکتریکی پروتون های همسایه باعث فروپاشی پروتون هسته می شود. هنگامی که انرژی اضافی به هسته وارد می شود، فروپاشی پروتون می تواند با قدرت میدان خارجی کمتر آغاز شود.

3 پروتون در مدل استاندارد

بیان شده است که پروتون یک حالت محدود از سه کوارک است: دو کوارک "بالا" (u) و یک "پایین" (d) کوارک (ساختار کوارکی پیشنهادی پروتون: uud) و نوترون دارای (ساختار کوارکی udd) است. . نزدیکی جرم های پروتون و نوترون با نزدیکی جرم کوارک های فرضی (u و d) توضیح داده می شود.

از آنجایی که وجود کوارک ها در طبیعت به طور تجربی اثبات نشده است و تنها شواهد غیرمستقیم وجود دارد که می توان آن را به وجود ردپای کوارک ها در برخی از فعل و انفعالات ذرات بنیادی تعبیر کرد، اما می توان آن را به گونه ای متفاوت تفسیر کرد، بیانیه مدل استاندارد اینکه پروتون ساختار کوارکی دارد، تنها یک فرض اثبات نشده باقی می ماند.

هر مدلی، از جمله مدل استاندارد، حق دارد هر ساختاری از ذرات بنیادی، از جمله پروتون را در نظر بگیرد، اما تا زمانی که ذرات متناظری که فرضاً پروتون از آن تشکیل شده است در شتاب‌دهنده‌ها کشف نشود، بیانیه مدل باید اثبات نشده تلقی شود.

در سال 1964، گلمن و تسوایگ به طور مستقل فرضیه ای برای وجود کوارک ها ارائه کردند که به نظر آنها هادرون ها از آنها تشکیل شده است. ذرات جدید دارای بار الکتریکی کسری هستند که در طبیعت وجود ندارد.

لپتون‌ها در این مدل کوارک، که بعداً به مدل استاندارد تبدیل شد، تناسب نداشتند، و بنابراین به‌عنوان ذرات واقعاً بنیادی شناخته شدند.

برای توضیح ارتباط کوارک ها در هادرون، وجود برهمکنش قوی در طبیعت و حامل های آن، گلوئون ها، فرض شد. همانطور که در تئوری کوانتومی انتظار می رفت گلوئون ها دارای اسپین واحد، هویت ذره و پادذره و جرم سکون صفر مانند فوتون بودند.

در حقیقت، در طبیعت یک برهمکنش قوی کوارک های فرضی وجود ندارد، بلکه نیروهای هسته ای نوکلئون ها وجود دارد - و این یک چیز نیست.

50 سال گذشت. کوارک ها هرگز در طبیعت یافت نشدند و یک افسانه ریاضی جدید برای ما اختراع شد به نام "حصر". یک فرد متفکر می تواند به راحتی در آن بی توجهی آشکار به قانون اساسی طبیعت - قانون بقای انرژی - را ببیند. اما این کار توسط یک فرد متفکر انجام خواهد شد و داستان نویسان بهانه ای را دریافت کردند که برای آنها مناسب بود که چرا کوارک های رایگان در طبیعت وجود ندارند.

گلوئون ها نیز در طبیعت یافت نشده اند. واقعیت این است که فقط مزون های برداری (و یکی دیگر از حالت های برانگیخته مزون ها) می توانند در طبیعت اسپین واحد داشته باشند، اما هر مزون برداری یک پادذره دارد. - بنابراین مزون های برداری کاندیدای مناسبی برای "گلئون" نیستند. 9 حالت برانگیخته اول مزون ها باقی می مانند، اما 2 مورد از آنها با خود مدل استاندارد در تضاد هستند و مدل استاندارد وجود آنها را در طبیعت تشخیص نمی دهد و مابقی توسط فیزیک به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است و امکان انتقال آنها وجود نخواهد داشت. به عنوان گلوئون های افسانه ای آخرین گزینه وجود دارد: انتقال یک حالت محدود از یک جفت لپتون (میون یا لپتون تاو) به عنوان یک گلوئون - اما حتی این را می توان در طول واپاشی محاسبه کرد.

بنابراین، هیچ گلوئونی در طبیعت وجود ندارد، همانطور که هیچ کوارکی و تعامل قوی ساختگی در طبیعت وجود ندارد.
شما فکر می‌کنید که حامیان مدل استاندارد این را نمی‌فهمند - آنها هنوز هم می‌دانند، اما اعتراف به اشتباه کاری که آنها برای دهه‌ها انجام می‌دادند، خسته‌کننده است. و به همین دلیل است که ما افسانه های جدید ریاضی را می بینیم ....

4 پروتون یک ذره بنیادی است

ایده های فیزیک در مورد ساختار پروتون با توسعه فیزیک تغییر کرد.
فیزیک ابتدا پروتون را یک ذره بنیادی می دانست تا اینکه در سال 1964، گلمن و زوایگ به طور مستقل فرضیه کوارک را ارائه کردند.

در ابتدا، مدل کوارکی هادرون ها تنها به سه کوارک فرضی و پادذرات آنها محدود می شد. این امکان توصیف صحیح طیف ذرات بنیادی شناخته شده در آن زمان را بدون در نظر گرفتن لپتون ها فراهم کرد، که در مدل پیشنهادی مناسب نبودند و بنابراین به همراه کوارک ها به عنوان ابتدایی شناخته شدند. قیمت این کار، معرفی بارهای الکتریکی کسری بود که در طبیعت وجود ندارند. سپس، با توسعه فیزیک و در دسترس قرار گرفتن داده های تجربی جدید، مدل کوارک به تدریج رشد کرد و تبدیل شد و در نهایت به مدل استاندارد تبدیل شد.

فیزیکدانان سخت در جستجوی ذرات فرضی جدید بوده اند. جستجو برای کوارک ها در پرتوهای کیهانی، در طبیعت (از آنجایی که بار الکتریکی کسری آنها قابل جبران نیست) و در شتاب دهنده ها انجام شد.

دهه ها گذشت، قدرت شتاب دهنده ها افزایش یافت و نتیجه جستجو برای کوارک های فرضی همیشه یکسان بود: کوارک ها در طبیعت یافت نشدند.

با دیدن چشم انداز مرگ کوارک (و سپس مدل استاندارد)، حامیان آن افسانه ای را ساختند و برای بشریت به نمایش گذاشتند که در برخی آزمایش ها ردپایی از کوارک ها مشاهده شد. - تأیید این اطلاعات غیرممکن است - داده های تجربی با استفاده از مدل استاندارد پردازش می شوند و همیشه چیزی را به عنوان آنچه نیاز دارد ارائه می دهد. تاریخ فیزیک نمونه هایی را می شناسد که به جای یک ذره، ذره ای دیگر لغزیده شد - آخرین دستکاری داده های تجربی از این دست، لغزش یک مزون برداری به عنوان یک بوزون هیگز افسانه ای بود که ظاهراً مسئول جرم ذرات است، اما در عین حال. زمان ایجاد میدان گرانشی آنها نیست. برای این فریب حتی جایزه نوبل فیزیک را هم دادند. در مورد ما، امواج ایستاده یک میدان الکترومغناطیسی متناوب، که تئوری‌های موجی ذرات بنیادی در مورد آن نوشته شده بود، به‌عنوان کوارک‌های پری وارد شدند و فیزیک قرن بیست و یکم (که توسط نظریه گرانش ذرات بنیادی ارائه می‌شود) یک امر طبیعی ایجاد کرد. مکانیسم خواص اینرسی ذرات بنیادی ماده جهان که با افسانه ریاضی در مورد بوزون هیگز مرتبط نیست.

هنگامی که تاج و تخت تحت مدل استاندارد دوباره شروع به لرزیدن کرد، حامیان آن افسانه ای جدید به نام «حبس» برای بچه ها ساختند و به بشریت لغزیدند. هر فرد متفکری بلافاصله در آن یک تمسخر قانون بقای انرژی - یک قانون اساسی طبیعت - خواهد دید. اما حامیان مدل استاندارد نمی خواهند حقیقت را ببینند.

5 زمانی که فیزیک یک علم باقی ماند

زمانی که فیزیک هنوز یک علم باقی مانده بود، حقیقت نه با نظر اکثریت - بلکه با آزمایش تعیین می شد. این تفاوت اساسی بین فیزیک-علم و افسانه های ریاضی است که به عنوان فیزیک منتقل شده اند.
همه آزمایش‌ها برای جستجوی کوارک‌های فرضی (البته به جز na-du-va-tel-stvo) به وضوح نشان داده‌اند: هیچ کوارکی در طبیعت وجود ندارد.

تمام اظهارات بی اساس مدل استاندارد مبنی بر اینکه پروتون ظاهراً از کوارک ها تشکیل شده است هیچ ربطی به واقعیت ندارد. - فیزیک به طور تجربی ثابت کرده است که پروتون دارای میدان های الکترومغناطیسی و همچنین یک میدان گرانشی است. فیزیک 100 سال پیش به خوبی حدس زد که ذرات بنیادی نه تنها دارای میدان های الکترومغناطیسی هستند، بلکه از آنها تشکیل شده است، اما تا سال 2010 امکان ساخت یک نظریه وجود نداشت. اکنون در سال 2015 نظریه گرانش ذرات بنیادی نیز ظاهر شد که ماهیت الکترومغناطیسی گرانش را مشخص کرد و معادلات میدان گرانشی ذرات بنیادی را متفاوت از معادلات گرانش به دست آورد که بر اساس آن بیش از یک عدد ریاضی افسانه در فیزیک ساخته شد.

6 پروتون - خلاصه

در بخش اصلی مقاله، من به طور مفصل در مورد کوارک های پری (با گلوئون های پری) صحبت نکردم، زیرا آنها در طبیعت نیستند و هیچ فایده ای ندارد که سر خود را با افسانه ها پر کنید (بی جهت) - و بدون عناصر اساسی پایه و اساس: کوارک ها با گلوئون ها، مدل استاندارد فروپاشید - زمان تسلط آن در فیزیک کامل شد (به مدل استاندارد مراجعه کنید).

شما می توانید جایگاه الکترومغناطیس در طبیعت را تا زمانی که دوست دارید نادیده بگیرید (در هر مرحله با آن روبرو شوید: نور، تشعشعات حرارتی، برق، تلویزیون، رادیو، ارتباطات تلفنی، از جمله تلفن همراه، اینترنت، که بدون آنها بشریت نمی دانست. وجود ذرات بنیادی نظریه میدان، ...)، و همچنان به اختراع افسانه های جدید برای جایگزینی افسانه های ورشکسته ادامه می دهد و آنها را به عنوان علم می گذراند. شما می توانید، با پشتکار شایسته استفاده بهتر، به تکرار داستان های حفظ شده مدل استاندارد و نظریه کوانتومی ادامه دهید. اما میدان‌های الکترومغناطیسی در طبیعت بدون ذرات مجازی افسانه‌ای و همچنین گرانش ایجاد شده توسط میدان‌های الکترومغناطیسی به خوبی انجام می‌شوند، هستند، خواهند بود و می‌توانند به خوبی انجام دهند، اما افسانه‌ها زمان تولد و زمانی دارند که دیگر تأثیری بر مردم ندارند. در مورد طبیعت، به افسانه ها یا هر فعالیت ادبی دیگر انسان اهمیتی نمی دهد، حتی اگر جایزه نوبل فیزیک برای آنها اعطا شود. طبیعت همانگونه که ساختار یافته است، ساختار یافته است و وظیفه علم فیزیک درک و توصیف آن است.

اکنون دنیای جدیدی در برابر شما باز شده است - دنیای میدان های دوقطبی که فیزیک قرن بیستم حتی به وجود آن مشکوک نبود. دیدید که یک پروتون نه یک، بلکه دو بار الکتریکی (خارجی و داخلی) و دو شعاع الکتریکی متناظر دارد. شما دیدید که جرم باقیمانده یک پروتون از چه چیزی تشکیل شده است و بوزون هیگز خیالی از کار افتاده است (تصمیمات کمیته نوبل هنوز قوانین طبیعت نیست...). علاوه بر این، بزرگی جرم و طول عمر به میدان هایی که پروتون در آن قرار دارد بستگی دارد. صرفاً به این دلیل که یک پروتون آزاد پایدار است، به این معنی نیست که همیشه و همه جا ثابت می ماند (واپاشی پروتون در هسته اتم مشاهده می شود). همه اینها فراتر از مفاهیم حاکم بر فیزیک در نیمه دوم قرن بیستم است. - فیزیک قرن بیست و یکم - فیزیک جدید در حال حرکت به سطح جدیدی از دانش ماده است و اکتشافات جالب جدیدی در انتظار ما هستند.

زمانی اعتقاد بر این بود که کوچکترین واحد ساختار هر ماده یک مولکول است. سپس، با اختراع میکروسکوپ‌های قوی‌تر، بشر از کشف مفهوم اتم - یک ذره مرکب از مولکول‌ها، شگفت‌زده شد. خیلی کمتر به نظر می رسد؟ در همین حال، حتی بعداً معلوم شد که اتم نیز به نوبه خود از عناصر کوچکتری تشکیل شده است.

در آغاز قرن بیستم، یک فیزیکدان بریتانیایی وجود هسته‌ها را در ساختارهای اتمی - مرکزی کشف کرد؛ این لحظه بود که آغاز یک سری اکتشافات بی پایان در مورد ساختار کوچکترین عنصر ساختاری ماده بود.

امروزه بر اساس مدل هسته ای و به لطف مطالعات متعدد، مشخص شده است که اتم از هسته ای تشکیل شده است که اطراف آن را احاطه کرده است. ابر الکترونیچنین "ابر" حاوی الکترون ها یا ذرات بنیادی با بار منفی است. برعکس، هسته شامل ذراتی با بار الکتریکی مثبت است که نامیده می شوند پروتون هافیزیکدان بریتانیایی که قبلاً در بالا ذکر شد، توانست این پدیده را مشاهده کرده و متعاقباً توصیف کند. او در سال 1919 آزمایشی را انجام داد که در آن ذرات آلفا هسته های هیدروژن را از هسته عناصر دیگر جدا کردند. بنابراین، او توانست دریابد و ثابت کند که پروتون ها چیزی بیش از یک هسته بدون یک الکترون واحد نیستند. در فیزیک مدرن، پروتون ها با نماد p یا p+ (نشان دهنده بار مثبت) نمادین می شوند.

پروتون ترجمه شده از یونانی به معنای "اول، اصلی" است - یک ذره بنیادی متعلق به کلاس باریون ها،آن ها نسبتا سنگین این سازه پایدار است، طول عمر آن بیش از 2.9 x 10 (29) سال است.

به بیان دقیق، علاوه بر پروتون، حاوی نوترون نیز است که بر اساس نام، بار خنثی دارند. هر دوی این عناصر نامیده می شوند نوکلئون ها

جرم پروتون، به دلیل شرایط کاملاً واضح، برای مدت طولانی قابل اندازه گیری نبود. حالا معلوم شد که هست

mp=1.67262∙10-27 کیلوگرم.

این دقیقاً همان چیزی است که بقیه جرم یک پروتون به نظر می رسد.

اجازه دهید به بررسی درک جرم پروتون بپردازیم که مخصوص حوزه های مختلف فیزیک است.

جرم یک ذره در چارچوب فیزیک هسته ای اغلب شکل متفاوتی به خود می گیرد؛ واحد اندازه گیری آن آمو است.

A.e.m. - واحد جرم اتمی یک آمو برابر با 1/12 جرم یک اتم کربن است که عدد جرمی آن 12 است. بنابراین، 1 واحد جرم اتمی برابر است با 1.66057 10-27 کیلوگرم.

بنابراین جرم پروتون به شکل زیر است:

mp = 1.007276 a. خوردن

روش دیگری برای بیان جرم این ذره با بار مثبت با استفاده از واحدهای اندازه گیری مختلف وجود دارد. برای این کار ابتدا باید معادل جرم و انرژی E=mc2 را به عنوان یک اصل موضوع بپذیرید. جایی که c - و m توده بدن است.

جرم پروتون در این مورد با مگاالکترون ولت یا MeV اندازه گیری می شود. این واحد اندازه گیری منحصراً در فیزیک هسته ای و اتمی استفاده می شود و برای اندازه گیری انرژی لازم برای انتقال یک ذره بین دو نقطه در C با شرطی که اختلاف پتانسیل بین این نقاط 1 ولت باشد، استفاده می شود.

از این رو با در نظر گرفتن اینکه ساعت 1 بامداد = 931.494829533852 MeV، جرم پروتون تقریباً است

این نتیجه بر اساس اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی جرمی به‌دست آمد، و جرم به شکلی است که در بالا آورده شده است که معمولاً e نیز نامیده می‌شود. انرژی استراحت پروتون.

بنابراین، بر اساس نیازهای آزمایش، جرم کوچکترین ذره را می توان در سه مقدار مختلف، در سه واحد اندازه گیری مختلف بیان کرد.

علاوه بر این، جرم یک پروتون را می توان نسبت به جرم یک الکترون بیان کرد، که، همانطور که مشخص است، بسیار "سنگین تر" از یک ذره با بار مثبت است. جرم، با یک محاسبه تقریبی و خطاهای قابل توجه در این مورد، 1836.152672 نسبت به جرم الکترون خواهد بود.

پروتون ها در واکنش های گرما هسته ای که منبع اصلی انرژی تولید شده توسط ستاره ها هستند، شرکت می کنند. به ویژه، واکنش ها ppچرخه، که منبع تقریباً تمام انرژی ساطع شده از خورشید است، به ترکیب چهار پروتون در یک هسته هلیوم-4 با تبدیل دو پروتون به نوترون می رسد.

در فیزیک، پروتون نشان داده می شود پ(یا پ+ ). نام شیمیایی پروتون (که به عنوان یون هیدروژن مثبت در نظر گرفته می شود) H + است، نام اخترفیزیکی HII است.

افتتاح [ | ]

خواص پروتون[ | ]

نسبت جرم پروتون و الکترون برابر با 1836.152 673 89(17) با دقت 0.002% برابر با مقدار 6π 5 = 1836.118 است.

ساختار درونی پروتون برای اولین بار توسط R. Hofstadter با مطالعه برخورد پرتوهای الکترون های پرانرژی (2 GeV) با پروتون ها به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت (جایزه نوبل فیزیک 1961). پروتون از یک هسته سنگین (هسته) با شعاع سانتی متر، با چگالی جرم و بار بالا تشکیل شده است که حامل ≈ 35٪ (\displaystyle \حدود 35\%)بار الکتریکی پروتون و پوسته نسبتاً کمیاب اطراف آن. در فاصله ای از ≈ 0، 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \تقریباً 0.25\cdot 10^(-13))قبل از ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1.4\cdot 10^(-13))سانتی متر این پوسته عمدتاً از مزون های مجازی ρ - و π - تشکیل شده است ≈ 50٪ (\displaystyle \حدود 50\%)بار الکتریکی پروتون، سپس به فاصله ≈ 2، 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \تقریباً 2.5\cdot 10^(-13))سانتی متر پوسته ای از مزون های مجازی ω - و π - را گسترش می دهد که 15٪ از بار الکتریکی پروتون را حمل می کند.

فشار در مرکز پروتون ایجاد شده توسط کوارک ها حدود 1035 Pa (1030 اتمسفر) است، یعنی بیشتر از فشار درون ستارگان نوترونی.

گشتاور مغناطیسی یک پروتون با اندازه گیری نسبت فرکانس تشدید گذر گشتاور مغناطیسی پروتون در یک میدان مغناطیسی یکنواخت و فرکانس سیکلوترون مدار دایره ای پروتون در همان میدان اندازه گیری می شود.

سه کمیت فیزیکی مرتبط با پروتون وجود دارد که بعد طول دارند:

اندازه گیری شعاع پروتون با استفاده از اتم های هیدروژن معمولی، که از دهه 1960 با روش های مختلف انجام شد، (CODATA -2014) به نتیجه رسید. 0.0061 ± 0.8751 فمتومتر(1 fm = 10-15 متر). اولین آزمایش‌ها با اتم‌های هیدروژن مویونی (جایی که الکترون با یک میون جایگزین می‌شود) نتیجه 4 درصد کوچک‌تری برای این شعاع به دست آورد: 0.00067 ± 0.84184 fm. دلایل این تفاوت هنوز مشخص نیست.

به اصطلاح پروتون س w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W، که مشارکت آن را در تعاملات ضعیف از طریق مبادله تعیین می کند زبا توجه به اندازه‌گیری‌های تجربی نقض برابری در هنگام پراکندگی الکترون‌های قطبی شده روی پروتون‌ها، بوزون ۰ (مشابه نحوه مشارکت بار الکتریکی یک ذره در برهم‌کنش‌های الکترومغناطیسی با مبادله فوتون) برابر با ۰.۰۰۴۵ ± ۰.۰۷۱۹ است. مقدار اندازه‌گیری شده، در خطای تجربی، با پیش‌بینی‌های نظری مدل استاندارد (0003/0 ± 0708/0) سازگار است.

ثبات [ | ]

پروتون آزاد پایدار است، مطالعات تجربی هیچ نشانه‌ای از فروپاشی آن را نشان نداده‌اند (حد پایین در طول عمر 2.9⋅10 29 سال بدون توجه به کانال واپاشی، 8.2⋅10 33 سال برای واپاشی به پوزیترون و پیون خنثی، 6.6⋅ است. 10 33 سال برای واپاشی به یک میون مثبت و یک پیون خنثی). از آنجایی که پروتون سبک ترین باریون است، پایداری پروتون نتیجه قانون بقای عدد باریون است - یک پروتون بدون نقض این قانون نمی تواند به ذرات سبک تر (مثلاً به پوزیترون و نوترینو) تجزیه شود. با این حال، بسیاری از توسعه‌های نظری مدل استاندارد فرآیندهایی را پیش‌بینی می‌کنند (هنوز مشاهده نشده‌اند) که منجر به عدم حفظ عدد باریون و در نتیجه فروپاشی پروتون می‌شود.

پروتون محدود شده در هسته اتم می تواند الکترون را از الکترون K-، L- یا M-پوسته اتم بگیرد (به اصطلاح "الکترون گرفتن"). یک پروتون از هسته اتم، با جذب یک الکترون، به نوترون تبدیل می شود و به طور همزمان یک نوترینو ساطع می کند: p+e − →+ν ه . یک "حفره" در لایه K-، L- یا M که با جذب الکترون ایجاد می شود، با الکترونی از یکی از لایه های الکترونی پوشاننده اتم پر می شود و پرتوهای X مشخصه مربوط به عدد اتمی را ساطع می کند. ز− 1 و/یا الکترون های اوگر. بیش از 1000 ایزوتوپ از 7 ایزوتوپ شناخته شده است
4 تا 262
105، با جذب الکترون تجزیه می شود. در انرژی های پوسیدگی موجود به اندازه کافی بالا (در بالا 2m e c 2 ≈ 1.022 مگا ولت) یک کانال واپاشی رقابتی باز می شود - واپاشی پوزیترون p → +e ++ν ه . لازم به تأکید است که این فرآیندها فقط برای یک پروتون در برخی از هسته ها امکان پذیر است، جایی که انرژی از دست رفته با انتقال نوترون حاصل به یک پوسته هسته ای پایین تر دوباره پر می شود. برای یک پروتون آزاد آنها توسط قانون بقای انرژی ممنوع هستند.

منبع پروتون در شیمی اسیدهای معدنی (نیتریک، سولفوریک، فسفریک و غیره) و آلی (فرمیک، استیک، اگزالیک و غیره) است. در یک محلول آبی، اسیدها می توانند با حذف یک پروتون تجزیه شوند و یک کاتیون هیدرونیوم را تشکیل دهند.

در فاز گاز، پروتون ها با یونیزاسیون به دست می آیند - حذف یک الکترون از اتم هیدروژن. پتانسیل یونیزاسیون یک اتم هیدروژن تحریک نشده 13.595 eV است. هنگامی که هیدروژن مولکولی توسط الکترون های سریع در فشار اتمسفر و دمای اتاق یونیزه می شود، یون هیدروژن مولکولی (H 2 +) در ابتدا تشکیل می شود - یک سیستم فیزیکی متشکل از دو پروتون که در فاصله 1.06 در یک الکترون با هم نگه داشته می شوند. پایداری چنین سیستمی، به گفته پاولینگ، ناشی از تشدید یک الکترون بین دو پروتون با "فرکانس تشدید" برابر با 7·10 14 s-1 است. هنگامی که دما به چند هزار درجه افزایش می یابد، ترکیب محصولات یونیزاسیون هیدروژن به نفع پروتون ها - H + تغییر می کند.

کاربرد [ | ]

پرتوهای پروتون‌های شتاب‌دار در فیزیک تجربی ذرات بنیادی (مطالعه فرآیندهای پراکندگی و تولید پرتوهای ذرات دیگر)، در پزشکی (پرتون درمانی برای سرطان) استفاده می‌شوند.

همچنین ببینید [ | ]

یادداشت [ | ]

  1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt ثابت های فیزیکی اساسی --- فهرست کامل
  2. مقدار CODATA: جرم پروتون
  3. مقدار CODATA: جرم پروتون در u
  4. احمد س. و همکاران (2004). "محدودیت‌های واپاشی نوکلئون از طریق حالت‌های نامرئی از رصدخانه نوترینو سادبری." نامه های بررسی فیزیکی. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
  5. مقدار CODATA: معادل انرژی جرم پروتون بر حسب MeV
  6. مقدار CODATA: نسبت جرم پروتون به الکترون
  7. ، با. 67.
  8. هافستاتر پی.ساختار هسته ها و نوکلئون ها // فیزیک. - 1963. - ت 81، شماره 1. - ص 185-200. - ISSN. - آدرس اینترنتی: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
  9. Shchelkin K. I.فرآیندهای مجازی و ساختار نوکلئون // Physics of the Microworld - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
  10. پراکندگی الاستیک، فعل و انفعالات محیطی و رزونانس ها // ذرات با انرژی بالا. انرژی های بالا در فضا و آزمایشگاه ها - M.: Nauka، 1965. - P. 132.

، الکترومغناطیسی و گرانشی

پروتون ها در واکنش های گرما هسته ای که منبع اصلی انرژی تولید شده توسط ستاره ها هستند، شرکت می کنند. به ویژه، واکنش ها ppچرخه، که منبع تقریباً تمام انرژی ساطع شده از خورشید است، به ترکیب چهار پروتون در یک هسته هلیوم-4 با تبدیل دو پروتون به نوترون می رسد.

در فیزیک، پروتون نشان داده می شود پ(یا پ+ ). نام شیمیایی پروتون (که به عنوان یون هیدروژن مثبت در نظر گرفته می شود) H + است، نام اخترفیزیکی HII است.

افتتاح

خواص پروتون

نسبت جرم پروتون و الکترون برابر با 1836.152 673 89(17) با دقت 0.002% برابر با مقدار 6π 5 = 1836.118 است.

ساختار درونی پروتون برای اولین بار توسط R. Hofstadter با مطالعه برخورد پرتوهای الکترون های پرانرژی (2 GeV) با پروتون ها به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت (جایزه نوبل فیزیک 1961). پروتون از یک هسته سنگین (هسته) با شعاع سانتی متر، با چگالی جرم و بار بالا تشکیل شده است که حامل ≈ 35% (\displaystyle \حدود 35\,\%)بار الکتریکی پروتون و پوسته نسبتاً کمیاب اطراف آن. در فاصله ای از ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \تقریباً 0(,)25\cdot 10^(-13))قبل از ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \حدودا 1(,)4\cdot 10^(-13))سانتی متر این پوسته عمدتاً از مزون های مجازی ρ - و π - تشکیل شده است ≈ 50٪ (\displaystyle \حدود 50\,\%)بار الکتریکی پروتون، سپس به فاصله ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2(,)5\cdot 10^(-13))سانتی متر پوسته ای از مزون های مجازی ω - و π - را گسترش می دهد که 15٪ از بار الکتریکی پروتون را حمل می کند.

فشار در مرکز پروتون ایجاد شده توسط کوارک ها حدود 1035 Pa (1030 اتمسفر) است، یعنی بیشتر از فشار درون ستارگان نوترونی.

گشتاور مغناطیسی یک پروتون با اندازه گیری نسبت فرکانس تشدید گذر گشتاور مغناطیسی پروتون در یک میدان مغناطیسی یکنواخت و فرکانس سیکلوترون مدار دایره ای پروتون در همان میدان اندازه گیری می شود.

سه کمیت فیزیکی مرتبط با پروتون وجود دارد که بعد طول دارند:

اندازه گیری شعاع پروتون با استفاده از اتم های هیدروژن معمولی، که از دهه 1960 با روش های مختلف انجام شد، (CODATA -2014) به نتیجه رسید. 0.0061 ± 0.8751 فمتومتر(1 fm = 10-15 متر). اولین آزمایش‌ها با اتم‌های هیدروژن مویونی (جایی که الکترون با یک میون جایگزین می‌شود) نتیجه 4 درصد کوچک‌تری برای این شعاع به دست آورد: 0.00067 ± 0.84184 fm. دلایل این تفاوت هنوز مشخص نیست.

به اصطلاح بار ضعیف پروتون س w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W، که مشارکت آن را در تعاملات ضعیف از طریق مبادله تعیین می کند زبا توجه به اندازه‌گیری‌های تجربی نقض برابری در هنگام پراکندگی الکترون‌های قطبی شده روی پروتون‌ها، بوزون ۰ (مشابه نحوه مشارکت بار الکتریکی یک ذره در برهم‌کنش‌های الکترومغناطیسی با مبادله فوتون) برابر با ۰.۰۰۴۵ ± ۰.۰۷۱۹ است. مقدار اندازه‌گیری شده، در خطای تجربی، با پیش‌بینی‌های نظری مدل استاندارد (0003/0 ± 0708/0) سازگار است.

ثبات

پروتون آزاد پایدار است، مطالعات تجربی هیچ نشانه‌ای از فروپاشی آن را نشان نداده‌اند (حد پایین در طول عمر 2.9⋅10 29 سال بدون توجه به کانال واپاشی، 8.2⋅10 33 سال برای واپاشی به پوزیترون و پیون خنثی، 6.6⋅ است. 10 33 سال برای واپاشی به یک میون مثبت و یک پیون خنثی). از آنجایی که پروتون سبک ترین باریون است، پایداری پروتون نتیجه قانون بقای عدد باریون است - یک پروتون بدون نقض این قانون نمی تواند به ذرات سبک تر (مثلاً به پوزیترون و نوترینو) تجزیه شود. با این حال، بسیاری از توسعه‌های نظری مدل استاندارد فرآیندهایی را پیش‌بینی می‌کنند (هنوز مشاهده نشده‌اند) که منجر به عدم حفظ عدد باریون و در نتیجه فروپاشی پروتون می‌شود.

پروتون محدود شده در هسته اتم می تواند الکترون را از الکترون K-، L- یا M-پوسته اتم بگیرد (به اصطلاح "الکترون گرفتن"). یک پروتون از هسته اتم، با جذب یک الکترون، به نوترون تبدیل می شود و به طور همزمان یک نوترینو ساطع می کند: p+e − →+ν ه . یک "حفره" در لایه K-، L- یا M که با جذب الکترون ایجاد می شود، با الکترونی از یکی از لایه های الکترونی پوشاننده اتم پر می شود و پرتوهای X مشخصه مربوط به عدد اتمی را ساطع می کند. ز− 1 و/یا الکترون های اوگر. بیش از 1000 ایزوتوپ از 7 ایزوتوپ شناخته شده است
4 تا 262
105، با جذب الکترون تجزیه می شود. در انرژی های پوسیدگی موجود به اندازه کافی بالا (در بالا 2m e c 2 ≈ 1.022 مگا ولت) یک کانال واپاشی رقابتی باز می شود - واپاشی پوزیترون p → +e ++ν ه . لازم به تأکید است که این فرآیندها فقط برای یک پروتون در برخی از هسته ها امکان پذیر است، جایی که انرژی از دست رفته با انتقال نوترون حاصل به یک پوسته هسته ای پایین تر دوباره پر می شود. برای یک پروتون آزاد آنها توسط قانون بقای انرژی ممنوع هستند.

منبع پروتون در شیمی اسیدهای معدنی (نیتریک، سولفوریک، فسفریک و غیره) و آلی (فرمیک، استیک، اگزالیک و غیره) است. در یک محلول آبی، اسیدها می توانند با حذف یک پروتون تجزیه شوند و یک کاتیون هیدرونیوم را تشکیل دهند.

در فاز گاز، پروتون ها با یونیزاسیون به دست می آیند - حذف یک الکترون از اتم هیدروژن. پتانسیل یونیزاسیون یک اتم هیدروژن تحریک نشده 13.595 eV است. هنگامی که هیدروژن مولکولی توسط الکترون های سریع در فشار اتمسفر و دمای اتاق یونیزه می شود، یون هیدروژن مولکولی (H 2 +) در ابتدا تشکیل می شود - یک سیستم فیزیکی متشکل از دو پروتون که در فاصله 1.06 در یک الکترون با هم نگه داشته می شوند. پایداری چنین سیستمی، به گفته پاولینگ، ناشی از تشدید یک الکترون بین دو پروتون با "فرکانس تشدید" برابر با 7·10 14 s-1 است. هنگامی که دما به چند هزار درجه افزایش می یابد، ترکیب محصولات یونیزاسیون هیدروژن به نفع پروتون ها - H + تغییر می کند.

کاربرد

همچنین ببینید

یادداشت

  1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt ثابت های فیزیکی اساسی --- فهرست کامل
  2. مقدار CODATA: جرم پروتون
  3. مقدار CODATA: جرم پروتون در u
  4. احمد س. و همکاران (2004). "محدودیت‌های واپاشی نوکلئون از طریق حالت‌های نامرئی از رصدخانه نوترینو سادبری." نامه های بررسی فیزیکی. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
  5. مقدار CODATA: معادل انرژی جرم پروتون بر حسب MeV
  6. مقدار CODATA: نسبت جرم پروتون به الکترون
  7. ، با. 67.
  8. هافستاتر پی.ساختار هسته ها و نوکلئون ها // فیزیک. - 1963. - ت 81، شماره 1. - ص 185-200. - ISSN. - آدرس اینترنتی: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
  9. Shchelkin K. I.فرآیندهای مجازی و ساختار نوکلئون // Physics of the Microworld - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
  10. ژدانوف جی بی.پراکندگی الاستیک، فعل و انفعالات محیطی و رزونانس ها // ذرات با انرژی بالا. انرژی های بالا در فضا و آزمایشگاه ها - M.: Nauka، 1965. - P. 132.
  11. Burkert V. D.، Elouadrhiri L.، Girod F. X.توزیع فشار در داخل پروتون // طبیعت. - 2018. - اردیبهشت (ج 557، شماره 7705). - ص 396-399. - DOI: 10.1038/s41586-018-0060-z.
  12. بته، جی.، موریسون اف.نظریه ابتدایی هسته. - م: IL، 1956. - ص 48.


همچنین بخوانید:

دسته بندی ها:

محبوب: