Protoni piedalās kodoltermiskās reakcijās, kas ir galvenais zvaigžņu radītās enerģijas avots. Jo īpaši reakcijas lpp Cikls, kas ir gandrīz visas Saules izstarotās enerģijas avots, ir saistīts ar četru protonu apvienošanos hēlija-4 kodolā ar divu protonu pārvēršanu neitronos.
Fizikā protonu apzīmē lpp(vai lpp+ ). Protona ķīmiskais apzīmējums (tiek uzskatīts par pozitīvu ūdeņraža jonu) ir H +, astrofizikālais apzīmējums ir HII.
Atvēršana [ | ]
Protonu īpašības[ | ]
Protonu un elektronu masu attiecība, kas vienāda ar 1836,152 673 89(17), ar precizitāti 0,002% ir vienāda ar vērtību 6π 5 = 1836,118...
Protona iekšējo struktūru vispirms eksperimentāli pētīja R. Hofštadters, pētot augstas enerģijas elektronu (2 GeV) staru kūļa sadursmes ar protoniem (Nobela prēmija fizikā 1961). Protons sastāv no smagas kodola (kodola) ar rādiusu cm, ar augstu masas un lādiņa blīvumu, kas nes ≈ 35% (\displeja stils \apmēram 35\%) protona elektriskais lādiņš un to aptverošais salīdzinoši retinātais apvalks. Attālumā no ≈ 0, 25 ⋅ 10–13 (\displaystyle \apmēram 0,25\cdot 10^(-13)) pirms tam ≈ 1 , 4 ⋅ 10–13 (\displaystyle \apmēram 1,4\cdot 10^(-13)) cm šis apvalks sastāv galvenokārt no virtuālajiem ρ - un π -mezoniem, kas nes ≈ 50% (\displeja stils \apmēram 50\%) protona elektriskais lādiņš, tad uz attālumu ≈ 2, 5 ⋅ 10–13 (\displaystyle \apmēram 2,5\cdot 10^(-13)) cm pagarina virtuālo ω - un π -mezonu apvalku, nesot ~ 15% no protona elektriskā lādiņa.
Spiediens kvarku radītā protona centrā ir aptuveni 10 35 Pa (10 30 atmosfēras), tas ir, augstāks par spiedienu neitronu zvaigznēs.
Protona magnētisko momentu mēra, izmērot protona magnētiskā momenta precesijas rezonanses frekvences attiecību noteiktā vienmērīgā magnētiskajā laukā un protona apļveida orbītas ciklotrona frekvenci tajā pašā laukā.
Ar protonu ir saistīti trīs fiziski lielumi, kuru garums ir šāds:
Protona rādiusa mērījumi, izmantojot parastos ūdeņraža atomus, kas veikti ar dažādām metodēm kopš 1960. gadiem, noveda pie rezultāta (CODATA -2014). 0,8751 ± 0,0061 femtometrs(1 fm = 10–15 m). Pirmie eksperimenti ar mionu ūdeņraža atomiem (kur elektronu aizstāj ar mionu) šim rādiusam deva par 4% mazāku rezultātu: 0,84184 ± 0,00067 fm. Šīs atšķirības iemesli joprojām ir neskaidri.
Tā sauktais protons J w ≈ 1 - 4 sin 2 θ W, kas nosaka tā dalību vājās mijiedarbībās, izmantojot apmaiņu Z 0 bozons (līdzīgi tam, kā daļiņas elektriskais lādiņš nosaka tās dalību elektromagnētiskajā mijiedarbībā, apmainoties ar fotonu) ir 0,0719 ± 0,0045, liecina paritātes pārkāpuma eksperimentālie mērījumi polarizēto elektronu izkliedes laikā uz protoniem. Izmērītā vērtība eksperimentālās kļūdas robežās atbilst standarta modeļa teorētiskajām prognozēm (0,0708 ± 0,0003).
Stabilitāte [ | ]
Brīvais protons ir stabils, eksperimentālie pētījumi nav atklājuši nekādas tā sabrukšanas pazīmes (apakšējā mūža robeža ir 2,9⋅10 29 gadi neatkarīgi no sabrukšanas kanāla, 8,2⋅10 33 gadi sadalīšanai par pozitronu un neitrālu pionu, 6,6⋅ 10 33 gadi sabrukšanai par pozitīvu mionu un neitrālu pionu). Tā kā protons ir vieglākais no barioniem, protona stabilitāte ir barionu skaita saglabāšanās likuma sekas - protons nevar sadalīties nevienā vieglākā daļiņā (piemēram, pozitronā un neitrīno), nepārkāpjot šo likumu. Tomēr daudzi standarta modeļa teorētiskie paplašinājumi paredz procesus (vēl nav novēroti), kas izraisītu barionu skaita nesaglabāšanos un līdz ar to arī protonu sabrukšanu.
Protons, kas saistīts ar atoma kodolu, spēj uztvert elektronu no atoma elektronu K-, L- vai M-apvalka (tā sauktā "elektronu uztveršana"). Atoma kodola protons, absorbējis elektronu, pārvēršas par neitronu un vienlaikus izstaro neitrīno: p+e − →+ν e
. "Caurums" K-, L- vai M-slānī, kas izveidots ar elektronu uztveršanu, ir piepildīts ar elektronu no viena no atoma virsējiem elektronu slāņiem, izstaro raksturīgus rentgena starus, kas atbilst atomu skaitam. Z− 1 un/vai Augera elektroni. Ir zināmi vairāk nekā 1000 izotopu no 7
4 līdz 262
105, sadaloties ar elektronu uztveršanu. Pie pietiekami augstām pieejamajām sabrukšanas enerģijām (iepriekš 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) atveras konkurējošs sabrukšanas kanāls - pozitronu sabrukšana p → +e ++ν e
. Jāuzsver, ka šie procesi ir iespējami tikai protonam atsevišķos kodolos, kur trūkstošo enerģiju papildina iegūtā neitrona pāreja uz zemāku kodola apvalku; brīvam protonam tos aizliedz enerģijas nezūdamības likums.
Protonu avoti ķīmijā ir minerālskābes (slāpekļa, sērskābes, fosfora un citas) un organiskās (skudrskābes, etiķskābes, skābeņskābes un citas) skābes. Ūdens šķīdumā skābes spēj disociēties, likvidējot protonu, veidojot hidronija katjonu.
Gāzes fāzē protonus iegūst ar jonizāciju – elektrona atdalīšanu no ūdeņraža atoma. Neierosināta ūdeņraža atoma jonizācijas potenciāls ir 13,595 eV. Atmosfēras spiedienā un istabas temperatūrā ātriem elektroniem jonizējot molekulāro ūdeņradi, sākotnēji veidojas molekulārais ūdeņraža jons (H 2 +) - fiziska sistēma, kas sastāv no diviem protoniem, kurus viens elektrons satur kopā 1,06 attālumā. Šādas sistēmas stabilitāti, pēc Paulinga domām, izraisa elektrona rezonanse starp diviem protoniem ar “rezonanses frekvenci”, kas vienāda ar 7·10 14 s −1. Kad temperatūra paaugstinās līdz vairākiem tūkstošiem grādu, ūdeņraža jonizācijas produktu sastāvs mainās par labu protoniem - H +.
Pieteikums [ | ]
Paātrināto protonu starus izmanto elementārdaļiņu eksperimentālajā fizikā (izkliedes procesu pētīšanā un citu daļiņu staru veidošanā), medicīnā (vēža protonu terapijā).
Skatīt arī [ | ]
Piezīmes [ | ]
- http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamentālās fiziskās konstantes --- Pilns saraksts
- CODATA Vērtība: protonu masa
- CODATA Vērtība: protonu masa u
- Ahmeds S.; un citi. (2004). "Ierobežojumi nukleonu sabrukšanai, izmantojot neredzamos režīmus no Sadberijas neitrīno observatorijas." Fiziskās apskates vēstules. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
- CODATA Vērtība: protonu masas enerģijas ekvivalents MeV
- CODATA Vērtība: protonu-elektronu masas attiecība
- , Ar. 67.
- Hofštate P. Kodolu un nukleonu uzbūve // Fizik. - 1963. - T. 81, Nr. 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
- Ščelkins K. I. Virtuālie procesi un nukleona uzbūve // Mikropasaules fizika - M.: Atomizdat, 1965. - 75. lpp.
- Elastīgā izkliede, perifērās mijiedarbības un rezonanses // High Energy Particles. Augstas enerģijas kosmosā un laboratorijās - M.: Nauka, 1965. - 132. lpp.
Pētot matērijas uzbūvi, fiziķi noskaidroja, no kā sastāv atomi, nokļuva līdz atoma kodolam un sadalīja to protonos un neitronos. Visi šie soļi tika doti diezgan vienkārši - vajadzēja tikai paātrināt daļiņas līdz vajadzīgajai enerģijai, piespiest tās viena pret otru, un tad tās pašas sabruka savās sastāvdaļās.
Bet ar protoniem un neitroniem šis triks vairs nedarbojās. Lai gan tās ir saliktas daļiņas, tās nevar “sadalīt gabalos” pat visspēcīgākajā sadursmē. Tāpēc fiziķiem bija vajadzīgi gadu desmiti, lai izdomātu dažādus veidus, kā ieskatīties protona iekšienē, redzēt tā struktūru un formu. Mūsdienās protonu struktūras izpēte ir viena no aktīvākajām daļiņu fizikas jomām.
Daba dod mājienus
Protonu un neitronu struktūras izpētes vēsture aizsākās pagājušā gadsimta 30. gados. Kad papildus protoniem tika atklāti neitroni (1932), izmērot to masu, fiziķi bija pārsteigti, atklājot, ka tas ir ļoti tuvu protona masai. Turklāt izrādījās, ka protoni un neitroni kodolenerģijas mijiedarbību “jūt” tieši tādā pašā veidā. Tik identiski, ka no kodolspēku viedokļa protonu un neitronu var uzskatīt par vienas un tās pašas daļiņas - nukleona - divām izpausmēm: protons ir elektriski lādēts nukleons, bet neitrons ir neitrāls nukleons. Mainot protonus pret neitroniem, un kodolspēki (gandrīz) neko nepamanīs.
Fiziķi šo dabas īpašību izsaka kā simetriju – kodola mijiedarbība ir simetriska attiecībā uz protonu aizstāšanu ar neitroniem, tāpat kā tauriņš ir simetrisks attiecībā uz kreisās puses aizstāšanu ar labo. Šī simetrija papildus tam, ka tai bija svarīga loma kodolfizikā, patiesībā bija pirmais mājiens, ka nukleoniem ir interesanta iekšējā struktūra. Tiesa, toreiz, 30. gados, fiziķi šo mājienu nesaprata.
Sapratne radās vēlāk. Tas sākās ar to, ka 20. gadsimta 40.–50. gados protonu sadursmju reakcijās ar dažādu elementu kodoliem zinātnieki bija pārsteigti, atklājot arvien jaunas daļiņas. Ne protoni, ne neitroni, ne līdz tam laikam atklātie pi-mezoni, kas satur nukleonus kodolos, bet gan dažas pilnīgi jaunas daļiņas. Neskatoties uz visu to daudzveidību, šīm jaunajām daļiņām bija divas kopīgas īpašības. Pirmkārt, viņi, tāpat kā nukleoni, ļoti labprāt piedalījās kodolenerģijas mijiedarbībā - tagad šādas daļiņas sauc par hadroniem. Un, otrkārt, viņi bija ārkārtīgi nestabili. Nestabilākā no tām sadalījās citās daļiņās tikai triljonajā nanosekundes daļā, pat nepaspējot lidot atoma kodola lielumā!
Ilgu laiku hadronu “zoodārzs” bija pilnīgs haoss. 50. gadu beigās fiziķi jau bija apguvuši diezgan daudz dažādu hadronu veidu, sāka tos salīdzināt savā starpā un pēkšņi to īpašībās ieraudzīja zināmu vispārēju simetriju, pat periodiskumu. Tika ierosināts, ka visos hadronos (ieskaitot nukleonus) ir daži vienkārši objekti, ko sauc par "kvarkiem". Dažādos veidos kombinējot kvarkus, ir iespējams iegūt dažādus hadronus, turklāt tieši tāda paša veida un ar tādām pašām īpašībām, kādas tika atklātas eksperimentā.
Kas padara protonu par protonu?
Pēc tam, kad fiziķi atklāja hadronu kvarku struktūru un uzzināja, ka kvarkiem ir vairākas dažādas šķirnes, kļuva skaidrs, ka no kvarkiem var izveidot daudzas dažādas daļiņas. Tāpēc neviens nebija pārsteigts, kad turpmākie eksperimenti turpināja atrast jaunus hadronus vienu pēc otra. Bet starp visiem hadroniem tika atklāta vesela daļiņu saime, kas sastāv, tāpat kā protons, tikai no diviem u-kvarki un viens d- kvarks. Sava veida protona "brālis". Un šeit fiziķus gaidīja pārsteigums.
Vispirms izdarīsim vienu vienkāršu novērojumu. Ja mums ir vairāki objekti, kas sastāv no vieniem un tiem pašiem “ķieģeļiem”, tad smagākos objektos ir vairāk “ķieģeļu”, bet vieglākos – mazāk. Tas ir ļoti dabisks princips, ko var saukt par kombinācijas vai virsbūves principu, un tas lieliski darbojas gan ikdienā, gan fizikā. Tas izpaužas pat atomu kodolu struktūrā – galu galā smagāki kodoli vienkārši sastāv no lielāka protonu un neitronu skaita.
Tomēr kvarku līmenī šis princips vispār nedarbojas, un, jāatzīst, fiziķi vēl nav pilnībā sapratuši, kāpēc. Izrādās, ka arī smagie protona brāļi sastāv no tādiem pašiem kvarkiem kā protons, lai gan tie ir pusotru vai pat divas reizes smagāki par protonu. Tie atšķiras no protona (un atšķiras viens no otra) ne kompozīcija, un savstarpēja atrašanās vieta kvarki, pēc stāvokļa, kādā šie kvarki atrodas viens pret otru. Pietiek tikai mainīt kvarku relatīvo stāvokli - un no protona mēs iegūsim citu, ievērojami smagāku daļiņu.
Kas notiks, ja jūs joprojām paņemsiet un savāksiet vairāk nekā trīs kvarkus? Vai būs jauna smagā daļiņa? Pārsteidzoši, ka tas nedarbosies - kvarki sadalīsies pa trim un pārvērtīsies vairākās izkliedētās daļiņās. Kādu iemeslu dēļ dabai “nepatīk” apvienot daudzus kvarkus vienā veselumā! Tikai pavisam nesen, burtiski pēdējos gados, sāka parādīties mājieni, ka dažas daudzkvarku daļiņas patiešām pastāv, taču tas tikai uzsver, cik ļoti dabai tās nepatīk.
No šīs kombinatorikas izriet ļoti svarīgs un dziļš secinājums - hadronu masa nemaz nesastāv no kvarku masas. Bet, ja hadrona masu var palielināt vai samazināt, vienkārši pārkombinējot to veidojošos ķieģeļus, tad par hadronu masu nav atbildīgi paši kvarki. Un patiešām, turpmākajos eksperimentos bija iespējams noskaidrot, ka pašu kvarku masa ir tikai aptuveni divi procenti no protona masas, un pārējā gravitācijas daļa rodas spēka lauka (īpašu daļiņu - gluonu) dēļ, kas. sasiet kvarkus kopā. Mainot kvarku relatīvo novietojumu, piemēram, attālinot tos vienu no otra, mēs tādējādi mainām gluona mākoni, padarot to masīvāku, kā rezultātā palielinās hadronu masa (1. att.).
Kas notiek ātri kustīgā protona iekšpusē?
Viss, kas aprakstīts iepriekš, attiecas uz stacionāru protonu; fiziķu valodā tā ir protona struktūra tā miera stāvoklī. Taču eksperimentā protona struktūra vispirms tika atklāta citos apstākļos – iekšā ātri lido protonu.
Sešdesmito gadu beigās eksperimentos ar daļiņu sadursmēm pie paātrinātājiem tika novērots, ka protoni, kas pārvietojas gandrīz gaismas ātrumā, uzvedās tā, it kā enerģija to iekšienē nebūtu sadalīta vienmērīgi, bet būtu koncentrēta atsevišķos kompaktos objektos. Slavenais fiziķis Ričards Feinmens ierosināja saukt šīs vielas kopas protonu iekšpusē partons(no angļu valodas daļa - daļa).
Turpmākajos eksperimentos tika pētītas daudzas partonu īpašības, piemēram, to elektriskais lādiņš, to skaits un katras nesošās protonu enerģijas daļa. Izrādās, ka uzlādētie partoni ir kvarki, bet neitrālie partoni ir gluoni. Jā, tie paši gluoni, kas protona miera rāmī vienkārši “apkalpoja” kvarkus, piesaistot tos viens otram, tagad ir neatkarīgi partoni un kopā ar kvarkiem nes ātri kustīga protona “matēriju” un enerģiju. Eksperimenti ir parādījuši, ka aptuveni puse enerģijas tiek glabāta kvarkos un puse gluonos.
Partonus visērtāk pētīt protonu sadursmēs ar elektroniem. Fakts ir tāds, ka atšķirībā no protona elektrons nepiedalās spēcīgā kodola mijiedarbībā un tā sadursme ar protonu izskatās ļoti vienkārša: elektrons ļoti īsu brīdi izstaro virtuālu fotonu, kas ietriecas lādētā partonā un galu galā ģenerē liels daļiņu skaits (2. att.). Var teikt, ka elektrons ir lielisks skalpelis protona “atvēršanai” un sadalīšanai atsevišķās daļās – tomēr tikai ļoti īsu laiku. Zinot, cik bieži šādi procesi notiek pie akseleratora, var izmērīt partonu skaitu protona iekšpusē un to lādiņus.
Kas īsti ir Pārtoni?
Un šeit mēs nonākam pie vēl viena pārsteidzoša atklājuma, ko fiziķi izdarīja, pētot elementārdaļiņu sadursmes ar lielu enerģiju.
Normālos apstākļos jautājumam par to, no kā sastāv šis vai cits objekts, ir universāla atbilde visām atskaites sistēmām. Piemēram, ūdens molekula sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma – un nav svarīgi, vai mēs skatāmies uz nekustīgu vai kustīgu molekulu. Tomēr šis noteikums šķiet tik dabisks! - tiek pārkāpts, ja mēs runājam par elementārdaļiņām, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam. Vienā atskaites sistēmā kompleksa daļiņa var sastāvēt no vienas apakšdaļiņu kopas, bet citā atskaites sistēmā no citas. Izrādās, ka kompozīcija ir relatīvs jēdziens!
Kā tas var būt? Galvenais šeit ir viens svarīgs īpašums: daļiņu skaits mūsu pasaulē nav fiksēts - daļiņas var piedzimt un pazust. Piemēram, ja saspiež kopā divus elektronus ar pietiekami lielu enerģiju, tad papildus šiem diviem elektroniem var piedzimt vai nu fotons, vai elektronu-pozitronu pāris, vai kādas citas daļiņas. To visu pieļauj kvantu likumi, un tieši tā notiek reālos eksperimentos.
Bet šis daļiņu “nesaglabāšanās likums” darbojas sadursmju gadījumā daļiņas. Kā tas notiek, ka viens un tas pats protons no dažādiem skatpunktiem izskatās tā, it kā tas sastāv no atšķirīgas daļiņu kopas? Lieta ir tāda, ka protons nav tikai trīs kvarki, kas apvienoti kopā. Starp kvarkiem ir gluona spēka lauks. Kopumā spēka lauks (piemēram, gravitācijas vai elektriskais lauks) ir sava veida materiāla “vienība”, kas caurstrāvo telpu un ļauj daļiņām spēcīgi ietekmēt viena otru. Kvantu teorijā lauks sastāv arī no daļiņām, kaut arī īpašām - virtuālajām. Šo daļiņu skaits nav fiksēts, tās nepārtraukti “izplūst” no kvarkiem un tiek absorbētas citos kvarkos.
Atpūšoties Protonu patiešām var uzskatīt par trim kvarkiem, starp kuriem lēkā gluoni. Bet, ja mēs skatāmies uz to pašu protonu no cita atskaites rāmja, it kā no garāmbraucoša “relatīvistiskā vilciena” loga, mēs redzēsim pavisam citu ainu. Tie virtuālie gluoni, kas salīmēja kvarkus, šķitīs mazāk virtuālas, “reālākas” daļiņas. Tos, protams, joprojām piedzimst un absorbē kvarki, bet tajā pašā laikā viņi kādu laiku dzīvo paši, lidojot blakus kvarkiem, kā īstas daļiņas. Tas, kas izskatās kā vienkāršs spēka lauks vienā atskaites sistēmā, pārvēršas daļiņu plūsmā citā kadrā! Ņemiet vērā, ka mēs nepieskaramies pašam protonam, bet tikai skatāmies uz to no cita atskaites rāmja.
Tālāk vairāk. Jo tuvāk mūsu “relativistiskā vilciena” ātrums ir gaismas ātrumam, jo pārsteidzošāku attēlu mēs redzēsim protona iekšpusē. Tuvojoties gaismas ātrumam, mēs pamanīsim, ka protona iekšpusē ir arvien vairāk gluonu. Turklāt tie dažkārt sadalās kvarku un antikvarku pāros, kas arī lido tuvumā un tiek uzskatīti arī par partoniem. Rezultātā ultrarelatīvistisks protons, t.i., protons, kas pārvietojas attiecībā pret mums ar ātrumu, kas ir ļoti tuvu gaismas ātrumam, parādās savstarpēji šķērsojošu kvarku, antikvarku un gluonu mākoņu veidā, kas lido kopā un, šķiet, atbalsta viens otru (att. . 3).
Lasītājs, kurš pārzina relativitātes teoriju, var būt noraizējies. Visa fizika balstās uz principu, ka jebkurš process notiek vienādi visos inerciālās atskaites sistēmās. Bet izrādās, ka protona sastāvs ir atkarīgs no atskaites sistēmas, no kuras mēs to novērojam?!
Jā, tieši tā, bet tas nekādā gadījumā nepārkāpj relativitātes principu. Fizisko procesu rezultāti - piemēram, kuras daļiņas un cik daudz rodas sadursmes rezultātā - izrādās nemainīgi, lai gan protona sastāvs ir atkarīgs no atskaites sistēmas.
Šī no pirmā acu uzmetiena neparastā, bet visus fizikas likumus apmierinošā situācija shematiski parādīta 4. attēlā. Tas parāda, kā divu protonu ar lielu enerģiju sadursme izskatās dažādos atskaites rāmjos: viena protona pārējā kadrā, masas centra rāmis, pārējā cita protona rāmī. Mijiedarbība starp protoniem tiek veikta caur sadalošo gluonu kaskādi, bet tikai vienā gadījumā šī kaskāde tiek uzskatīta par viena protona “iekšpusi”, citā gadījumā tā tiek uzskatīta par cita protona daļu, bet trešajā tas ir vienkārši daži. objekts, kas tiek apmainīts starp diviem protoniem. Šī kaskāde pastāv, tā ir reāla, bet uz kuru procesa daļu to attiecināt, ir atkarīgs no atskaites sistēmas.
Protona 3D portrets
Visi rezultāti, par kuriem mēs tikko runājām, bija balstīti uz eksperimentiem, kas veikti diezgan sen - pagājušā gadsimta 60.–70. Šķiet, ka kopš tā laika viss bija jāizpēta un uz visiem jautājumiem bija jāatrod atbildes. Bet nē - protona struktūra joprojām ir viena no interesantākajām tēmām daļiņu fizikā. Turklāt pēdējos gados interese par to atkal pieaugusi, jo fiziķi ir izdomājuši, kā iegūt ātri kustīga protona “trīsdimensiju” portretu, kas izrādījās daudz grūtāks nekā stacionāra protona portrets.
Klasiskie eksperimenti par protonu sadursmēm stāsta tikai par partonu skaitu un to enerģijas sadalījumu. Šādos eksperimentos partoni piedalās kā neatkarīgi objekti, kas nozīmē, ka no tiem nav iespējams noskaidrot, kā partoni atrodas viens pret otru vai kā tieši tie summējas par protonu. Var teikt, ka ilgu laiku fiziķiem bija pieejams tikai “viendimensionāls” ātri kustīga protona portrets.
Lai uzbūvētu īstu, trīsdimensiju protona portretu un noskaidrotu partonu izplatību telpā, ir nepieciešami daudz smalkāki eksperimenti nekā tie, kas bija iespējami pirms 40 gadiem. Fiziķi iemācījās veikt šādus eksperimentus pavisam nesen, burtiski pēdējā desmitgadē. Viņi saprata, ka starp milzīgo skaitu dažādu reakciju, kas notiek, elektronam saduroties ar protonu, ir viena īpaša reakcija - dziļa virtuālā Compton izkliede, - kas var mums pastāstīt par protona trīsdimensiju struktūru.
Kopumā Komptona izkliede jeb Komptona efekts ir fotona elastīga sadursme ar daļiņu, piemēram, protonu. Tas izskatās šādi: ierodas fotons, to absorbē protons, kas uz īsu brīdi pāriet uzbudinātā stāvoklī un pēc tam atgriežas sākotnējā stāvoklī, izstarojot fotonu kādā virzienā.
Parasto gaismas fotonu komptona izkliede ne pie kā interesanta nenoved – tā vienkārši ir gaismas atstarošana no protona. Lai protona iekšējā struktūra "stātos spēlē" un kvarku sadalījums būtu "sajūtams", ir jāizmanto ļoti augstas enerģijas fotoni - miljardiem reižu vairāk nekā parastajā gaismā. Un tieši šādus fotonus - kaut arī virtuālus - viegli ģenerē krītošs elektrons. Ja tagad apvienojam vienu ar otru, iegūstam dziļu virtuālo Komptona izkliedi (5. att.).
Šīs reakcijas galvenā iezīme ir tā, ka tā neiznīcina protonu. Incidentais fotons ne tikai ietriecas protonā, bet it kā uzmanīgi to sajūt un tad aizlido. Virziens, kādā tas aizlido un kādu daļu no enerģijas protons paņem no tā, ir atkarīgs no protona uzbūves, no partonu relatīvā izvietojuma tā iekšienē. Tāpēc, pētot šo procesu, ir iespējams atjaunot protona trīsdimensiju izskatu, it kā "izveidot tā skulptūru".
Tiesa, eksperimentālajam fiziķim to ir ļoti grūti izdarīt. Nepieciešamais process notiek diezgan reti, un to ir grūti reģistrēt. Pirmie eksperimentālie dati par šo reakciju tika iegūti tikai 2001. gadā HERA akseleratorā Vācijas akseleratoru kompleksā DESY Hamburgā; eksperimentētāji tagad apstrādā jaunu datu sēriju. Taču jau šodien, pamatojoties uz pirmajiem datiem, teorētiķi protonā zīmē kvarku un gluonu trīsdimensiju sadalījumus. No eksperimenta beidzot sāka “izcelties” fiziskais lielums, par kuru fiziķi iepriekš bija izteikuši tikai pieņēmumus.
Vai šajā jomā mūs sagaida kādi negaidīti atklājumi? Visticamāk, ka jā. Lai ilustrētu, pieņemsim, ka 2008. gada novembrī parādījās interesants teorētisks raksts, kurā teikts, ka ātri kustīgam protonam nevajadzētu izskatīties kā plakanam diskam, bet gan abpusēji ieliektam objektīvam. Tas notiek tāpēc, ka partoni, kas atrodas protona centrālajā reģionā, tiek saspiesti spēcīgāk garenvirzienā nekā partoni, kas atrodas malās. Būtu ļoti interesanti šīs teorētiskās prognozes pārbaudīt eksperimentāli!
Kāpēc tas viss ir interesanti fiziķiem?
Kāpēc fiziķiem pat precīzi jāzina, kā viela tiek sadalīta protonos un neitronos?
Pirmkārt, to prasa pati fizikas attīstības loģika. Pasaulē ir daudz pārsteidzoši sarežģītu sistēmu, ar kurām mūsdienu teorētiskā fizika vēl nevar pilnībā tikt galā. Hadroni ir viena no šādām sistēmām. Izprotot hadronu uzbūvi, mēs slīpējam teorētiskās fizikas spējas, kas var izrādīties universālas un, iespējams, noderēs pavisam citādāk, piemēram, supravadītāju vai citu materiālu ar neparastām īpašībām izpētē.
Otrkārt, kodolfizikai ir tiešs ieguvums. Neskatoties uz gandrīz gadsimtu ilgo atomu kodolu izpētes vēsturi, teorētiķi joprojām nezina precīzu protonu un neitronu mijiedarbības likumu.
Viņiem ir daļēji jāuzmin šis likums, pamatojoties uz eksperimentāliem datiem, un daļēji jākonstruē, pamatojoties uz zināšanām par nukleonu struktūru. Šeit palīdzēs jauni dati par nukleonu trīsdimensiju struktūru.
Treškārt, pirms vairākiem gadiem fiziķi spēja iegūt ne mazāk kā jaunu vielas agregātu - kvarka-gluona plazmu. Šādā stāvoklī kvarki neatrodas atsevišķos protonos un neitronos, bet brīvi staigā pa visu kodolmateriālu kopu. To var panākt, piemēram, šādi: smagos kodolus akseleratorā paātrina līdz ātrumam, kas ir ļoti tuvu gaismas ātrumam, un pēc tam saduras frontāli. Šajā sadursmē ļoti īsu laiku rodas triljoniem grādu temperatūra, kas izkausē kodolus kvarka-gluona plazmā. Tātad izrādās, ka šīs kodola kušanas teorētiskajiem aprēķiniem ir vajadzīgas labas zināšanas par nukleonu trīsdimensiju struktūru.
Visbeidzot, šie dati ir ļoti nepieciešami astrofizikai. Kad smagās zvaigznes savas dzīves beigās eksplodē, tās bieži atstāj aiz sevis ārkārtīgi kompaktus objektus – neitronu un, iespējams, kvarku zvaigznes. Šo zvaigžņu kodolu pilnībā veido neitroni un varbūt pat aukstā kvarka-gluona plazma. Šādas zvaigznes jau sen ir atklātas, taču var tikai minēt, kas tajās notiek. Tātad laba izpratne par kvarku sadalījumu var novest pie progresa astrofizikā.
Šajā rakstā jūs atradīsiet informāciju par protonu kā elementāru daļiņu, kas veido Visuma pamatu kopā ar citiem tā elementiem, ko izmanto ķīmijā un fizikā. Tiks noteiktas protona īpašības, tā īpašības ķīmijā un stabilitāte.
Kas ir protons
Protons ir viens no elementārdaļiņu pārstāvjiem, kas tiek klasificēts kā barions, piem. kurā fermioni spēcīgi mijiedarbojas, un pati daļiņa sastāv no 3 kvarkiem. Protons ir stabila daļiņa, un tam ir personisks impulss - spin ½. Protona fiziskais apzīmējums ir lpp(vai lpp +)
Protons ir elementārdaļiņa, kas piedalās kodoltermiskā tipa procesos. Tieši šāda veida reakcija būtībā ir galvenais enerģijas avots, ko rada zvaigznes visā Visumā. Gandrīz viss Saules izdalītais enerģijas daudzums pastāv tikai pateicoties 4 protonu apvienošanai vienā hēlija kodolā, veidojot vienu neitronu no diviem protoniem.
Protonam raksturīgās īpašības
Protons ir viens no barionu pārstāvjiem. Tas ir fakts. Protona lādiņš un masa ir nemainīgi lielumi. Protons ir elektriski uzlādēts +1, un tā masa noteikta dažādās mērvienībās un ir MeV 938.272 0813(58), protona kilogramos svars ir skaitļos 1.672 621 898(21) 10 −27 kg, atomu masas vienībās protona svars ir 1,007 276 466 879(91) a. e.m., un attiecībā pret elektrona masu protons sver 1836,152 673 89 (17) attiecībā pret elektronu.
Protons, kura definīcija jau ir dota iepriekš, no fizikas viedokļa ir elementārdaļiņa ar izospina +½ projekciju, un kodolfizika šo daļiņu uztver ar pretēju zīmi. Pats protons ir nukleons un sastāv no 3 kvarkiem (divi u kvarki un viens d kvarks).
Protona struktūru eksperimentāli pētīja kodolfiziķis no Amerikas Savienotajām Valstīm - Roberts Hofstadters. Lai sasniegtu šo mērķi, fiziķis sadūrās ar protoniem ar augstas enerģijas elektroniem, un par viņa aprakstu viņam tika piešķirta Nobela prēmija fizikā.
Protons satur kodolu (smago kodolu), kas satur apmēram trīsdesmit piecus procentus no protona elektriskā lādiņa enerģijas un tam ir diezgan augsts blīvums. Apvalks, kas ieskauj serdi, ir relatīvi izlādējies. Apvalks galvenokārt sastāv no virtuāliem un p tipa mezoniem, un tas nes aptuveni piecdesmit procentus no protona elektriskā potenciāla un atrodas aptuveni 0,25 * 10 13 līdz 1,4 * 10 13 attālumā. Pat tālāk, apmēram 2,5 * 10 13 centimetru attālumā, apvalks sastāv no un w virtuāliem mezoniem un satur aptuveni atlikušos piecpadsmit procentus no protona elektriskā lādiņa.
Protonu stabilitāte un stabilitāte
Brīvā stāvoklī protons neuzrāda nekādas sabrukšanas pazīmes, kas liecina par tā stabilitāti. Protona, kā vieglākā barionu pārstāvja, stabilo stāvokli nosaka barionu skaita saglabāšanās likums. Nepārkāpjot SBC likumu, protoni spēj sadalīties neitrīnos, pozitronos un citās, vieglākās elementārdaļiņās.
Atomu kodola protonam ir spēja uztvert noteikta veida elektronus ar K, L, M atomu apvalkiem. Protons, pabeidzis elektronu satveršanu, pārvēršas par neitronu un rezultātā atbrīvo neitrīno, un elektronu uztveršanas rezultātā izveidojušos “caurumu” piepilda ar elektroniem no augšas esošajiem atomu slāņiem.
Neinerciālos atskaites rāmjos protoniem jāiegūst ierobežots kalpošanas laiks, ko var aprēķināt; tas ir saistīts ar Unruh efektu (radiāciju), kas kvantu lauka teorijā paredz iespējamo termiskā starojuma kontemplāciju atskaites sistēmā, kas tiek paātrināta šāda veida starojuma trūkums. Tādējādi protons, ja tam ir ierobežots kalpošanas laiks, var tikt pakļauts beta sabrukšanai par pozitronu, neitronu vai neitrīno, neskatoties uz to, ka pats šādas sabrukšanas process ir aizliegts ar ZSE.
Protonu izmantošana ķīmijā
Protons ir H atoms, kas uzbūvēts no viena protona un tam nav elektrona, tāpēc ķīmiskā nozīmē protons ir viens H atoma kodols.Neitrons, kas savienots pārī ar protonu, rada atoma kodolu. Dmitrija Ivanoviča Mendeļejeva PTCE elementa numurs norāda protonu skaitu konkrēta elementa atomā, un elementa numuru nosaka atoma lādiņš.
Ūdeņraža katjoni ir ļoti spēcīgi elektronu akceptori. Ķīmijā protonus galvenokārt iegūst no organiskām un minerālskābēm. Jonizācija ir protonu ražošanas metode gāzes fāzēs.
Protons (elementārdaļiņa)
Elementārdaļiņu lauka teorija, kas darbojas ZINĀTNES ietvaros, balstās uz FIZIKAS pierādītu pamatu:
- Klasiskā elektrodinamika,
- Kvantu mehānika (bez virtuālām daļiņām, kas ir pretrunā ar enerģijas nezūdamības likumu),
- Saglabāšanās likumi ir fizikas pamatlikumi.
Izmantojot elementārdaļiņas, kas dabā neeksistē, izgudrojot fundamentālas mijiedarbības, kuras dabā neeksistē, vai aizvietojot dabā esošās mijiedarbības ar pasakainām, ignorējot dabas likumus, veicot matemātiskas manipulācijas ar tām (radot zinātnes izskatu) - šī ir daļa no PASAKĀM, kas tiek uzskatītas par zinātni. Rezultātā fizika ieslīdēja matemātisko pasaku pasaulē. Standarta modeļa pasaku varoņi (kvarki ar gluoniem) kopā ar pasaku gravitoniem un “Kvantu teorijas” pasakām jau ir iekļuvuši fizikas mācību grāmatās – un maldina bērnus, nododot matemātikas pasakas par realitāti. Godīgas Jaunās fizikas atbalstītāji mēģināja tam pretoties, taču spēki nebija vienādi. Un tā tas bija līdz 2010. gadam, pirms elementārdaļiņu lauka teorijas parādīšanās, kad cīņa par FIZIKAS-ZINĀTNES atdzimšanu pārcēlās uz atklātas konfrontācijas līmeni starp īstu zinātnisku teoriju un matemātiskām pasakām, kas pārņēma varu fizikā. mikropasaule (un ne tikai).
Bet cilvēce nebūtu zinājusi par Jaunās fizikas sasniegumiem bez interneta, meklētājprogrammām un iespējas brīvi runāt patiesību vietnes lapās. Kas attiecas uz publikācijām, kas pelna naudu no zinātnes, kurš tos šodien lasa par naudu, kad internetā iespējams ātri un brīvi iegūt nepieciešamo informāciju.
1 Protons ir elementārdaļiņa
2 Kad fizika palika zinātne
3 Protons fizikā
4 Protona rādiuss
5 Protona magnētiskais moments
6 Protona elektriskais lauks
- 6.1 Protonu elektriskais lauks tālajā zonā
6.2. Protona elektriskie lādiņi
6.3. Protona elektriskais lauks tuvajā zonā
8 Protonu kalpošanas laiks
9 Patiesība par standarta modeli
10 Jauna fizika: protons — kopsavilkums
Ernests Raterfords 1919. gadā, apstarojot slāpekļa kodolus ar alfa daļiņām, novēroja ūdeņraža kodolu veidošanos. Sadursmes rezultātā radušos daļiņu Rezerfords nosauca par protonu. Pirmās fotogrāfijas ar protonu pēdām mākoņu kamerā 1925. gadā uzņēma Patriks Blekets. Bet paši ūdeņraža joni (kas ir protoni) bija zināmi ilgi pirms Rezerforda eksperimentiem.
Šodien, 21. gadsimtā, fizika var pateikt daudz vairāk par protoniem.
1 Protons ir elementārdaļiņa
Fizikas priekšstati par protona struktūru mainījās, attīstoties fizikai.
Fizika sākotnēji uzskatīja, ka protons ir elementārdaļiņa, līdz 1964. gadā GellMann un Cweig neatkarīgi izvirzīja kvarka hipotēzi.
Sākotnēji hadronu kvarku modelis aprobežojās ar tikai trim hipotētiskiem kvarkiem un to antidaļiņām. Tas ļāva pareizi aprakstīt tajā laikā zināmo elementārdaļiņu spektru, neņemot vērā leptonus, kas neiekļāvās piedāvātajā modelī un tāpēc tika atzīti par elementāriem, kopā ar kvarkiem. Par to maksāja frakcionētu elektrisko lādiņu ieviešana, kas dabā neeksistē. Pēc tam, attīstoties fizikai un kļūstot pieejamiem jauniem eksperimentāliem datiem, kvarku modelis pakāpeniski pieauga un transformējās, galu galā kļūstot par standarta modeli.
Fiziķi ir cītīgi meklējuši jaunas hipotētiskas daļiņas. Kvarku meklēšana tika veikta kosmiskajos staros, dabā (jo to frakcionēto elektrisko lādiņu nevar kompensēt) un paātrinātājos.
Pagāja gadu desmiti, pieauga paātrinātāju spēks, un hipotētisko kvarku meklēšanas rezultāts vienmēr bija vienāds: Kvarki dabā NAV sastopami.
Redzot kvarku (un pēc tam standarta) modeļa nāves izredzes, tā atbalstītāji sacerēja un atklāja cilvēcei pasaku, ka dažos eksperimentos tika novērotas kvarku pēdas. - Pārbaudīt šo informāciju nav iespējams – eksperimentālie dati tiek apstrādāti, izmantojot Standarta modeli, un tas vienmēr kaut ko izdos kā vajag. Fizikas vēsturē ir zināmi piemēri, kad vienas daļiņas vietā tika ieslīdējusi cita - pēdējā šāda manipulācija ar eksperimentālajiem datiem bija vektormezona kā pasakaina Higsa bozona izslīdēšana, kas it kā ir atbildīgs par daļiņu masu, bet tajā pašā laikā. laiks, neradot savu gravitācijas lauku. Šī matemātiskā pasaka pat tika apbalvota ar Nobela prēmiju fizikā. Mūsu gadījumā mainīga elektromagnētiskā lauka stāvviļņi, par kuriem tika rakstītas elementārdaļiņu viļņu teorijas, tika ieslīdēti kā pasaku kvarki.
Kad tronis saskaņā ar standarta modeli atkal sāka trīcēt, tā atbalstītāji sacerēja un nodeva cilvēcei jaunu pasaku mazajiem ar nosaukumu “Ieslodzījums”. Jebkurš domājošs cilvēks tajā uzreiz saskatīs ņirgāšanos par enerģijas nezūdamības likumu – dabas pamatlikumu. Bet standarta modeļa piekritēji nevēlas redzēt REALITĀTI.
2 Kad fizika palika zinātne
Kad fizika vēl palika zinātne, patiesību noteica nevis vairākuma viedoklis, bet gan eksperiments. Šī ir galvenā atšķirība starp FIZIKU-ZINĀTŅU un matemātikas pasakām, kas nodotas kā fizika.
Visi eksperimenti, kas meklē hipotētiskus kvarkus(izņemot, protams, paslīdēšanu uz saviem uzskatiem eksperimentālo datu aizsegā) ir skaidri parādījuši: dabā NAV kvarku.
Tagad standarta modeļa atbalstītāji cenšas aizstāt visu eksperimentu rezultātus, kas kļuva par nāvessodu standarta modelim, ar savu kolektīvo viedokli, nododot to par realitāti. Bet lai cik ilgi pasaka turpinātos, beigas vienalga būs. Jautājums tikai, kāds tas beigsies: Standarta modeļa piekritēji izrādīs inteliģenci, drosmi un mainīs savas pozīcijas pēc vienprātīga eksperimentu sprieduma (pareizāk sakot: DABAS sprieduma), vai arī tiks ievesti vēsturē. universāli smiekli Jaunā fizika - 21. gadsimta fizika, tāpat kā stāstnieki, kuri mēģināja maldināt visu cilvēci. Izvēle ir viņu ziņā.
Tagad par pašu protonu.
3 Protons fizikā
Protons - elementārdaļiņa kvantu skaitlis L=3/2 (spin = 1/2) - barionu grupa, protonu apakšgrupa, elektriskais lādiņš +e (sistematizācija pēc elementārdaļiņu lauka teorijas).
Saskaņā ar elementārdaļiņu lauka teoriju (teorija, kas balstīta uz zinātniskiem pamatiem un vienīgā, kas saņēma pareizo visu elementārdaļiņu spektru), protonu veido rotējošs polarizēts mainīgs elektromagnētiskais lauks ar nemainīgu komponentu. Visiem nepamatotajiem standarta modeļa apgalvojumiem, ka protons it kā sastāv no kvarkiem, nav nekāda sakara ar realitāti. - Fizika ir eksperimentāli pierādījusi, ka protonam ir elektromagnētiskie lauki, un arī gravitācijas lauks. Pirms 100 gadiem fiziķi lieliski uzminēja, ka elementārdaļiņām ir ne tikai elektromagnētiskie lauki, bet arī tie sastāv no tiem, taču teoriju nebija iespējams izveidot līdz 2010. gadam. Tagad, 2015. gadā, parādījās arī elementārdaļiņu gravitācijas teorija, kas noteica gravitācijas elektromagnētisko raksturu un ieguva no gravitācijas vienādojumiem atšķirīgus elementārdaļiņu gravitācijas lauka vienādojumus, uz kuru pamata vairāk nekā viena matemātiska tika uzcelta pasaka fizikā.
Šobrīd elementārdaļiņu lauka teorija (atšķirībā no Standarta modeļa) nav pretrunā ar eksperimentāliem datiem par elementārdaļiņu struktūru un spektru, tāpēc fizika to var uzskatīt par teoriju, kas darbojas dabā.
Protona elektromagnētiskā lauka uzbūve(E-konstants elektriskais lauks, H-konstants magnētiskais lauks, mainīgs elektromagnētiskais lauks ir atzīmēts dzeltenā krāsā)
Enerģijas bilance (procentos no kopējās iekšējās enerģijas):
- pastāvīgs elektriskais lauks (E) - 0,346%,
- pastāvīgs magnētiskais lauks (H) - 7,44%,
- mainīgs elektromagnētiskais lauks - 92,21%.
Protona elektriskais lauks sastāv no diviem apgabaliem: ārējā apgabala ar pozitīvu lādiņu un iekšējo apgabalu ar negatīvu lādiņu. Ārējā un iekšējā apgabala lādiņu atšķirība nosaka protona +e kopējo elektrisko lādiņu. Tās kvantēšana balstās uz elementārdaļiņu ģeometriju un struktūru.
Un šādi izskatās dabā faktiski pastāvošo elementārdaļiņu fundamentālās mijiedarbības:
4 Protona rādiuss
Elementārdaļiņu lauka teorija definē daļiņas rādiusu (r) kā attālumu no centra līdz punktam, kurā tiek sasniegts maksimālais masas blīvums. 
Protonam tas būs 3,4212 ∙10 -16 m. Tam jāpievieno elektromagnētiskā lauka slāņa biezums, un tiks iegūts protona aizņemtā telpas apgabala rādiuss: 
Protonam tas būs 4,5616 ∙10 -16 m. Tādējādi protona ārējā robeža atrodas 4,5616 ∙10 -16 m attālumā no daļiņas centra. Neliela masas daļa koncentrējas konstantē Protona elektriskais un pastāvīgais magnētiskais lauks saskaņā ar elektrodinamikas likumiem atrodas ārpus šī rādiusa.
5 Protona magnētiskais moments
Atšķirībā no kvantu teorijas elementārdaļiņu lauka teorija apgalvo, ka elementārdaļiņu magnētiskos laukus nerada elektrisko lādiņu griešanās rotācijas rezultātā, bet gan pastāv vienlaikus ar pastāvīgu elektrisko lauku kā nemainīgu elektromagnētiskā lauka sastāvdaļu. Tāpēc Visām elementārdaļiņām ar kvantu skaitli L>0 ir nemainīgs magnētiskais lauks.
Elementārdaļiņu lauka teorija neuzskata protona magnētisko momentu par anomālu - tā vērtību nosaka kvantu skaitļu kopa tādā mērā, kādā kvantu mehānika darbojas elementārdaļiņā.
Tātad protona galveno magnētisko momentu rada divas strāvas:
- (+) ar magnētisko momentu +2 (eħ/m 0 s)
- (-) ar magnētisko momentu -0,5 (eħ/m 0 s)
Kad fizika pieņēma, ka elementārdaļiņu magnētiskos momentus rada to elektriskā lādiņa griešanās rotācija, to mērīšanai tika piedāvātas atbilstošas mērvienības: protonam tas ir eh/2m 0p c (atcerieties, ka protona spins ir 1/ 2) sauc par kodola magnetonu. Tagad 1/2 varētu izlaist, kā nenesošu semantisko slodzi, un atstāt vienkārši eh/m 0p c.
Bet ja nopietni, tad elementārdaļiņās iekšā nav elektrisko strāvu, bet ir magnētiskie lauki (un nav elektrisko lādiņu, bet ir elektriskie lauki). Nav iespējams aizstāt īstus elementārdaļiņu magnētiskos laukus ar strāvu magnētiskajiem laukiem (kā arī īstus elementārdaļiņu elektriskos laukus ar elektrisko lādiņu laukiem), nezaudējot precizitāti - šiem laukiem ir atšķirīgs raksturs. Šeit ir vēl kāda elektrodinamika - Lauka fizikas elektrodinamika, kas vēl ir jāizveido, tāpat kā pati lauka fizika.
6 Protona elektriskais lauks
6.1 Protonu elektriskais lauks tālajā zonā
Fizikas zināšanas par protonu elektriskā lauka uzbūvi ir mainījušās līdz ar fizikas attīstību. Sākotnēji tika uzskatīts, ka protona elektriskais lauks ir punktveida elektriskā lādiņa lauks +e. Šim laukam būs:
potenciāls protona elektriskais lauks punktā (A) tālajā zonā (r > > r p) precīzi, SI sistēmā ir vienāds ar: 
spriedze Protonu elektriskā lauka E tālajā zonā (r > > r p) precīzi, SI sistēmā ir vienāds ar: 
Kur n = r/|r| - vienības vektors no protonu centra novērošanas punkta virzienā (A), r - attālums no protonu centra līdz novērošanas punktam, e - elementārais elektriskais lādiņš, vektori ir treknrakstā, ε 0 - elektriskā konstante, r p =Lħ /(m 0~ c ) ir protona rādiuss lauka teorijā, L ir protona galvenais kvantu skaitlis lauka teorijā, ħ ir Planka konstante, m 0~ ir masas daudzums, kas atrodas mainīgā elektromagnētiskajā laukā. protons miera stāvoklī, C ir gaismas ātrums. (GHS sistēmā nav reizinātāja. SI reizinātājs.)
Šīs matemātiskās izteiksmes ir pareizas protona elektriskā lauka tālajai zonai: r p , bet fizika tad pieņēma, ka to derīgums attiecās arī uz tuvāko zonu, līdz attālumiem aptuveni 10–14 cm.
6.2. Protona elektriskie lādiņi
20. gadsimta pirmajā pusē fizika uzskatīja, ka protonam ir tikai viens elektriskais lādiņš un tas ir vienāds ar +e.
Pēc kvarku hipotēzes parādīšanās fizika ierosināja, ka protona iekšpusē ir nevis viens, bet trīs elektriskie lādiņi: divi elektriskie lādiņi +2e/3 un viens elektriskais lādiņš -e/3. Kopumā šīs maksas dod +e. Tas tika darīts, jo fizika norādīja, ka protonam ir sarežģīta struktūra un tas sastāv no diviem augšējiem kvarkiem ar lādiņu +2e/3 un viena d kvarka ar lādiņu -e/3. Bet kvarki netika atrasti ne dabā, ne paātrinātājos pie jebkādām enerģijām, un atlika vai nu pieņemt savu eksistenci uz ticību (to darīja Standarta modeļa piekritēji), vai arī meklēt citu elementārdaļiņu struktūru. Taču tajā pašā laikā fizikā nemitīgi uzkrājās eksperimentālā informācija par elementārdaļiņām, un, kad tā sakrājās pietiekami, lai pārdomātu paveikto, radās elementārdaļiņu lauka teorija.
Saskaņā ar elementārdaļiņu lauka teoriju, elementārdaļiņu ar kvantu skaitli L>0, gan uzlādētu, gan neitrālu, pastāvīgo elektrisko lauku rada attiecīgās elementārdaļiņas elektromagnētiskā lauka nemainīgā sastāvdaļa(nevis elektriskais lādiņš ir elektriskā lauka cēlonis, kā 19. gadsimtā uzskatīja fizika, bet elementārdaļiņu elektriskie lauki ir tādi, kas atbilst elektrisko lādiņu laukiem). Un elektriskā lādiņa lauks rodas asimetrijas klātbūtnes rezultātā starp ārējo un iekšējo puslodi, radot pretēju zīmju elektriskos laukus. Uzlādētām elementārdaļiņām tālajā zonā tiek ģenerēts elementārā elektriskā lādiņa lauks, un elektriskā lādiņa zīmi nosaka ārējās puslodes radītā elektriskā lauka zīme. Tuvākajā zonā šim laukam ir sarežģīta struktūra un tas ir dipols, bet tam nav dipola momenta. Lai aptuvenu raksturotu šo lauku kā punktveida lādiņu sistēmu, protona iekšpusē būs nepieciešami vismaz 6 “kvarki” - precīzāk būs, ja ņemsim 8 “kvarkus”. Ir skaidrs, ka šādu “kvarku” elektriskie lādiņi būs pilnīgi atšķirīgi no tā, ko uzskata standarta modelis (ar tā kvarkiem).
Elementārdaļiņu lauka teorija ir atklājusi, ka protonu, tāpat kā jebkuru citu pozitīvi lādētu elementārdaļiņu, var atšķirt divi elektriskie lādiņi un attiecīgi divi elektriskie rādiusi:
- ārējā nemainīgā elektriskā lauka elektriskais rādiuss (lādiņš q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
- iekšējā nemainīgā elektriskā lauka elektriskais rādiuss (lādiņš q - = -0,25e) - r q- = 2,45 10 -14 cm.
Katras elementārdaļiņas elektrisko rādiusu vērtības ir unikālas, un tās nosaka galvenais kvantu skaitlis lauka teorijā L, atlikušās masas vērtība, enerģijas procentuālais daudzums mainīgajā elektromagnētiskajā laukā (kur darbojas kvantu mehānika ) un elementārdaļiņas elektromagnētiskā lauka konstantās sastāvdaļas struktūra (visām elementārdaļiņām vienāda ar galveno kvantu skaitli L), radot ārēju konstantu elektrisko lauku. Elektriskais rādiuss norāda vidējo elektriskā lādiņa atrašanās vietu, kas vienmērīgi sadalīts pa apkārtmēru, radot līdzīgu elektrisko lauku. Abi elektriskie lādiņi atrodas vienā plaknē (elementārdaļiņas mainīgā elektromagnētiskā lauka rotācijas plakne), un tiem ir kopīgs centrs, kas sakrīt ar elementārdaļiņas mainīgā elektromagnētiskā lauka rotācijas centru.
6.3. Protona elektriskais lauks tuvajā zonā
Zinot elementārdaļiņu iekšienē esošo elektrisko lādiņu lielumu un to atrašanās vietu, ir iespējams noteikt to radīto elektrisko lauku.
protona elektriskais lauks tuvajā zonā (r~r p) SI sistēmā kā vektoru summa ir aptuveni vienāda ar:
Kur n+ = r +/|r + | - vienības vektors no tuvākā (1) vai tālā (2) protonu lādiņa q + punkta novērošanas punkta (A) virzienā, n- = r-/|r - | - vienības vektors no protonu lādiņa tuvā (1) vai tālā (2) punkta q - novērošanas punkta (A) virzienā, r - attālums no protona centra līdz novērošanas punkta projekcijai uz protonu plakne, q + - ārējais elektriskais lādiņš +1,25e, q - - iekšējais elektriskais lādiņš -0,25e, vektori ir izcelti treknrakstā, ε 0 - elektriskā konstante, z - novērošanas punkta augstums (A) (attālums no novērošanas punkts uz protonu plakni), r 0 - normalizācijas parametrs. (GHS sistēmā nav reizinātāja. SI reizinātājs.)
Šī matemātiskā izteiksme ir vektoru summa, un tā jāaprēķina saskaņā ar vektoru saskaitīšanas noteikumiem, jo tas ir divu sadalītu elektrisko lādiņu lauks (+1,25e un -0,25e). Pirmais un trešais termins atbilst tuvākajiem lādiņu punktiem, otrais un ceturtais - tālākajiem. Šī matemātiskā izteiksme nedarbojas protona iekšējā (gredzena) apgabalā, ģenerējot tā konstantos laukus (ja vienlaikus tiek izpildīti divi nosacījumi: ħ/m 0~ c
Elektriskā lauka potenciāls protons punktā (A) tuvajā zonā (r~r p), SI sistēmā ir aptuveni vienāds ar:
Kur r 0 ir normalizējošs parametrs, kura vērtība var atšķirties no r 0 formulā E. (SGS sistēmā nav koeficienta SI reizinātāja.) Šī matemātiskā izteiksme nedarbojas protona iekšējā (gredzena) reģionā. , ģenerējot tā konstantos laukus (ar vienlaicīgu divu nosacījumu izpildi: ħ/m 0~ c
R 0 kalibrēšana abām tuvā lauka izteiksmēm jāveic pie tā apgabala robežas, kas rada konstantus protonu laukus.
7 Protonu miera masa
Saskaņā ar klasisko elektrodinamiku un Einšteina formulu elementārdaļiņu ar kvantu L>0 miera masu, ieskaitot protonu, definē kā to elektromagnētisko lauku enerģijas ekvivalentu: 
kur noteiktais integrālis ir pārņemts visā elementārdaļiņas elektromagnētiskajā laukā, E ir elektriskā lauka stiprums, H ir magnētiskā lauka stiprums. Šeit tiek ņemtas vērā visas elektromagnētiskā lauka sastāvdaļas: pastāvīgs elektriskais lauks, pastāvīgs magnētiskais lauks, mainīgs elektromagnētiskais lauks. Šī mazā, bet fiziski ļoti ietilpīgā formula, uz kuras pamata tiek atvasināti elementārdaļiņu gravitācijas lauka vienādojumi, uz lūžņu kaudzi nosūtīs ne vienu vien pasaku “teoriju” – tāpēc daži to autori ienīstu to.
Kā izriet no iepriekš minētās formulas, protona miera masas vērtība ir atkarīga no apstākļiem, kādos protons atrodas. Tādējādi, novietojot protonu pastāvīgā ārējā elektriskā laukā (piemēram, atoma kodolā), mēs ietekmēsim E 2, kas ietekmēs protona masu un tā stabilitāti. Līdzīga situācija radīsies, kad protons tiek novietots pastāvīgā magnētiskajā laukā. Tāpēc dažas protona īpašības atoma kodolā atšķiras no tām pašām brīvā protona īpašībām vakuumā, tālu no laukiem.
8 Protonu kalpošanas laiks
Fizikas noteiktais protonu kalpošanas laiks atbilst brīvam protonam.
Elementārdaļiņu lauka teorija apgalvo, ka elementārdaļiņas kalpošanas laiks ir atkarīgs no apstākļiem, kādos tā atrodas. Novietojot protonu ārējā laukā (piemēram, elektriskajā), mēs mainām tā elektromagnētiskajā laukā esošo enerģiju. Jūs varat izvēlēties ārējā lauka zīmi, lai protona iekšējā enerģija pieaugtu. Ir iespējams izvēlēties tādu ārējā lauka intensitātes vērtību, lai protonam būtu iespējams sadalīties par neitronu, pozitronu un elektronu neitrīno, un tāpēc protons kļūst nestabils. Tieši tas tiek novērots atomu kodolos, kuros blakus esošo protonu elektriskais lauks izraisa kodola protona sabrukšanu. Kad kodolā tiek ievadīta papildu enerģija, protonu sabrukšana var sākties pie mazāka ārējā lauka intensitātes.
Viena interesanta iezīme: protona sabrukšanas laikā atoma kodolā, kodola elektromagnētiskajā laukā, no elektromagnētiskā lauka enerģijas dzimst pozitrons - no “matērijas” (protons) piedzimst “antimatērija” (pozitrons). !!! un tas nevienu nepārsteidz.
9 Patiesība par standarta modeli
Tagad iepazīsimies ar informāciju, ko Standarta modeļa atbalstītāji neļaus publicēt “politkorektajās” vietnēs (piemēram, pasaules Vikipēdijā), kurās Jaunās fizikas pretinieki var nežēlīgi dzēst (vai sagrozīt) atbalstītāju informāciju. Jaunās fizikas, kuras rezultātā PATIESĪBA ir kļuvusi par politikas upuri:
1964. gadā Gelmans un Cveigs neatkarīgi izvirzīja hipotēzi par kvarku esamību, no kuras, pēc viņu domām, veidojas hadroni. Jaunās daļiņas bija apveltītas ar frakcionētu elektrisko lādiņu, kāds dabā neeksistē.
Leptoni NEiekļāvās šajā Quark modelī, kas vēlāk pārauga standarta modelī, un tāpēc tika atzītas par patiesi elementārām daļiņām.
Lai izskaidrotu kvarku saistību hadronā, tika pieņemts, ka dabā pastāv spēcīga mijiedarbība un tās nesēji gluoni. Gluoni, kā paredzēts kvantu teorijā, bija apveltīti ar vienības spinu, daļiņu un antidaļiņu identitāti un nulles miera masu, piemēram, fotonu.
Patiesībā dabā nav spēcīga hipotētisku kvarku mijiedarbība, bet gan nukleonu kodolspēki - un tie ir dažādi jēdzieni.
Ir pagājuši 50 gadi. Kvarki dabā nekad netika atrasti, un mums tika izdomāta jauna matemātiska pasaka ar nosaukumu “Ieslodzījums”. Domājošs cilvēks tajā var viegli saskatīt klaju dabas pamatlikuma - enerģijas nezūdamības likuma - neievērošanu. Bet domājošs cilvēks to darīs, un stāstnieki saņēma viņiem piemērotu attaisnojumu.
Gluoni arī dabā NAV atrasti. Fakts ir tāds, ka tikai vektoru mezoniem (un vēl vienam no mezonu ierosinātajiem stāvokļiem) dabā var būt vienības spins, bet katram vektora mezonam ir antidaļiņa. - Tāpēc vektormezoni nav piemēroti kandidāti “gluoniem”. Pirmie deviņi mezonu ierosinātie stāvokļi ir saglabājušies, bet 2 no tiem ir pretrunā pašam standarta modelim un standarta modelis neatzīst to eksistenci dabā, bet pārējos fizika ir labi izpētījusi, un tos nevarēs nodot tālāk. kā pasakaini gluoni. Ir vēl viens pēdējais variants: nodot leptonu pāra (muonu vai tau leptonu) saistīto stāvokli kā gluonu, taču pat to var aprēķināt sabrukšanas laikā.
Tātad, Dabā nav arī gluonu, tāpat kā dabā nav kvarku un fiktīvas spēcīgas mijiedarbības..
Jūs domājat, ka standarta modeļa atbalstītāji to nesaprot - viņi joprojām saprot, bet ir vienkārši nepatīkami atzīt maldīgumu tajā, ko viņi ir darījuši gadu desmitiem. Tāpēc mēs redzam jaunas matemātiskas pasakas (stīgu "teorija" utt.).
10 Jaunā fizika: Protons - kopsavilkums
Raksta galvenajā daļā es sīkāk nerunāju par pasaku kvarkiem (ar pasaku gluoniem), jo tie NAV dabā un nav jēgas pildīt galvu ar pasakām (nevajadzīgi) - un bez pamatelementiem pamats: kvarki ar gluoniem, standarta modelis sabruka - tā dominēšanas laiks fizikā PABEIGTS (skat. Standarta modeli).
Jūs varat ignorēt elektromagnētisma vietu dabā tik ilgi, cik vēlaties (satiekot to ik uz soļa: gaisma, termiskais starojums, elektrība, televīzija, radio, telefona sakari, tostarp mobilais, internets, bez kuriem cilvēce par to nezinātu lauka teorijas elementārdaļiņu esamība, ...), un turpināt izdomāt jaunas pasakas, lai aizstātu bankrotējušos, nododot tās kā zinātni; ar neatlaidību, kas ir labākas izmantošanas cienīga, varat turpināt atkārtot iegaumētās standarta modeļa un kvantu teorijas PASAKAS; bet elektromagnētiskie lauki dabā bija, ir, būs un var lieliski iztikt bez pasaku virtuālajām daļiņām, kā arī elektromagnētisko lauku radītās gravitācijas, bet pasakām ir dzimšanas laiks un laiks, kad tās pārstāj ietekmēt cilvēku. Kas attiecas uz dabu, tad tai NEKĀDĀ ne pasakas, ne kāda cita cilvēka literāra darbība, pat ja par tām tiek piešķirta Nobela prēmija fizikā. Daba ir strukturēta tā, kā tā ir strukturēta, un FIZIKAS-ZINĀTNES uzdevums ir to saprast un aprakstīt.
Tagad jūsu priekšā ir atvērusies jauna pasaule - dipola lauku pasaule, par kuras esamību 20. gadsimta fizika pat nenojauta. Jūs redzējāt, ka protonam ir nevis viens, bet divi elektriskie lādiņi (ārējais un iekšējais) un divi atbilstoši elektriskie rādiusi. Jūs redzējāt, no kā sastāv protona miera masa un ka iedomātais Higsa bozons nedarbojās (Nobela komitejas lēmumi vēl nav dabas likumi...). Turklāt masas lielums un kalpošanas laiks ir atkarīgi no laukiem, kuros atrodas protons. Tas, ka brīvais protons ir stabils, nenozīmē, ka tas vienmēr un visur paliks stabils (atomu kodolos tiek novērota protonu sabrukšana). Tas viss pārsniedz jēdzienus, kas dominēja fizikā divdesmitā gadsimta otrajā pusē. - 21. gadsimta fizika — jaunā fizika pāriet uz jaunu matērijas zināšanu līmeni, un mūs sagaida jauni interesanti atklājumi.
Vladimirs Gorunovičs
